Ώρα Πεκίνου 12 Αυγούστου 3:31 μ.μ., ο ανιχνευτής Historic Park Sun (Parker Solar Probe) στην αεροπορική βάση του Ακρωτηρίου Κανάβεραλ εκτοξεύτηκε από τον πύραυλο slc-37b, ο οποίος εκτόξευσε βαρείς πυραύλους Delta 4. Μετά από μια πτήση 43 λεπτών, αν και η περίοδος γνώρισε ένα τρίτο επίπεδο υποψίας απώλειας της συναρπαστικής στιγμής, ευτυχώς που ήταν η απόλυτη σχεδόν ατυχής στιγμή, ο ανιχνευτής Parker διαχωρίστηκε με επιτυχία από τον πύραυλο, πάτησε το πόδι του στον μακρύ δρόμο προς τον ήλιο και έτσι άνοιξε το νέο ταξίδι της ανθρώπινης εξερεύνησης του ήλιου!
Ανιχνευτής Ήλιου
Ιστότοπος εκτόξευσης
Για να δημιουργηθεί ένα παγκόσμιο ρεκόρ για να φτάσει κανείς στο πλησιέστερο σημείο στον ήλιο, οι άνθρωποι πρέπει να βρουν υλικά που μπορούν να αντέξουν σε πρωτοφανή επίπεδα εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών. Μπορεί να ειπωθεί ότι αν δεν υπάρχει σύστημα θερμικής προστασίας (TPS), δεν υπάρχει Parker. Σύμφωνα με το σχέδιο, ο Parker θα εισέλθει 4 εκατομμύρια μίλια από την επιφάνεια του ήλιου (6,11 εκατομμύρια χιλιόμετρα). Προκειμένου να προσαρμοστεί σε αυτό το εξαιρετικά ζεστό περιβάλλον, ο ανιχνευτής θα φέρει μια σύνθετη θερμική ασπίδα, ο θόλος θα αντέχει την αντανάκλαση από τον ήλιο. Η θερμική ασπίδα δεν θα μπορούσε να είχε κατασκευαστεί πριν από 10 χρόνια.
Αν είστε ένας δορυφόρος 1 τετραγωνικού μέτρου σε τροχιά γύρω από τη Γη και η ενέργεια του ήλιου είναι περίπου 1350 watt για να σας φτάσει, αλλά ο Parker είναι περίπου 25 φορές πιο κοντά από αυτή τη θέση, που αντιστοιχεί σε περίπου 850.000 watt θερμότητας ανά τετραγωνικό μέτρο. Αν υπολογιστεί και η περιοχή, ο ηλιακός ανιχνευτής του Parker πρέπει να αντέξει περίπου 3 εκατομμύρια watt ενέργειας. Η θερμική ασπίδα του ανιχνευτή είναι επίσης γνωστή ως σύστημα θερμικής προστασίας (TPS), που αποτελείται από δύο σύνθετα στρώματα ενισχυμένα με άνθρακα και έναν αφρό άνθρακα με ενδιάμεσο σφιγκτήρα περίπου 4,5 ιντσών (11,43 cm). Η θερμική ασπίδα που βλέπει προς τον Ήλιο έχει επίσης μια ειδική λευκή επίστρωση για να αντανακλά την ενέργεια από τον ήλιο όσο το δυνατόν περισσότερο. Αυτό το υλικό είναι ανθεκτικό στους 2.500 βαθμούς Φαρενάιτ (περίπου 1371 ℃) και διασφαλίζει ότι το όργανο λειτουργεί σε περίπου 85 βαθμούς Φαρενάιτ (περίπου 30 ℃).
«Αν αυτή η εργασία γινόταν τη δεκαετία του '60 έως του '70, ακόμα και όταν αναπτύχθηκε τη δεκαετία του '80, είναι δυνατό να πετάξει μέταλλα με υψηλή αντοχή στη θερμότητα», είπε ο Driesman. «Οι επιστήμονες θα κατασκευάσουν ένα μεταλλικό Jerdon με πολύ υψηλό σημείο τήξης, αλλά ποτέ δεν θα το στείλουν στον παράδεισο, επειδή το μέταλλο είναι πολύ βαρύ. «Σε αντίθεση με τις περισσότερες εμπορικές ίνες άνθρακα, η δομή άνθρακα-άνθρακα τους δεν πολυμερίζεται από ρητίνες σκλήρυνσης, επειδή οι σκληρυμένες ρητίνες εξατμίζονται κοντά στον ήλιο σαν λάδι σε θερμές επιφάνειες δρόμου», είπε. Για να φτιάξει τη θερμική ασπίδα, η NASA γεμίζει τη ρητίνη με «ψιλοκομμένες ίνες άνθρακα», στη συνέχεια σκληραίνει τη ρητίνη, την ψήνει σε φούρνο 3.000 βαθμών και επαναλαμβάνει τη διαδικασία 4 έως 5 φορές. «Τελικά θα έχετε τις ίνες άνθρακα που είναι τυλιγμένες γύρω σας. Η δομή άνθρακα-άνθρακα για την οποία μιλάμε είναι καθαρός άνθρακας, χωρίς ρητίνες και άλλες ουσίες. «Η μπροστινή και η πίσω πλευρά της θερμικής ασπίδας είναι κατασκευασμένες από αυτήν την πλάκα άνθρακα-άνθρακα, η οποία, εκτός από το ότι είναι μονωμένη, έχει πολύ ισχυρή μηχανική αντοχή». 2 στρώματα φύλλων άνθρακα-άνθρακα είναι αρκετά λεπτά ώστε να λυγίζουν και ακόμη και να επικαλύπτονται. Στη μέση ενός υλικού δύο στρώσεων άνθρακα-άνθρακα, ένα στρώμα περίπου 4,5 ιντσών αφρού άνθρακα, το οποίο χρησιμοποιείται γενικά πλέον στην ιατρική βιομηχανία για τη δημιουργία εναλλακτικών οστών. Ο σχεδιασμός σάντουιτς στηρίζει ολόκληρη τη δομή - σαν κυματοειδές χαρτόνι - η οποία ζυγίζει μόλις 160 λίβρες (περίπου 73 κιλά) για ολόκληρη την θερμική ασπίδα πάχους 8 ποδιών.
Ο αφρός είναι επίσης η πιο σημαντική δομή θερμομόνωσης που λειτουργεί. Ωστόσο, το 97% της φυσαλίδας άνθρακα είναι αέρας, προκειμένου να μειωθεί περαιτέρω το βάρος των διαστημικών ανιχνευτών. Ο ίδιος ο άνθρακας είναι θερμικά αγώγιμος και η δομή του αφρού σημαίνει επίσης ότι δεν υπάρχει τόσο πολλή θερμότητα που πρέπει να μεταδοθεί. Οι φυσαλίδες δεν είναι εύκολο να ελεγχθούν, είναι εξαιρετικά εύθραυστες. Υπάρχει όμως ένα άλλο πρόβλημα. «Όταν θερμαίνονται, καίγονται», είπε ο Abel. Η καύση δεν είναι μεγάλο πρόβλημα στο κενό, αλλά ο υπόλοιπος αέρας στη δοκιμή θα προκαλέσει την καύση των φυσαλίδων σε ξυλάνθρακα. Ως εκ τούτου, οι μηχανικοί του Εθνικού Εργαστηρίου Oak Ridge χρησιμοποίησαν λάμπες τόξου πλάσματος υψηλής θερμοκρασίας για να ελέγξουν την θερμική ασπίδα αυτών των αφρών άνθρακα στην αντοχή τους σε υψηλή θερμοκρασία. Η θερμομόνωση αυτών των αφρών άνθρακα από μόνη της δεν επαρκεί για να εγγυηθεί ότι οι ανιχνευτές θα λειτουργήσουν στην απαιτούμενη θερμοκρασία. Επειδή δεν υπάρχει διασπορά αέρα στο διάστημα, ο μόνος τρόπος για να διασκορπιστεί η θερμότητα είναι η σκέδαση του φωτός και η εκπομπή θερμότητας με τη μορφή φωτονίων. Επομένως, απαιτείται ένα άλλο προστατευτικό στρώμα: ένα λευκό προστατευτικό στρώμα χρησιμοποιείται για να αντανακλά τη θερμότητα και το φως.
Σχηματικό διάγραμμα δομής θερμικής ασπίδας ανιχνευτή ηλιακού Parker
Για τον σκοπό αυτό, το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins και το Εργαστήριο Προηγμένης Τεχνολογίας της Σχολής Μηχανικών Whiting (Εργαστήριο Προηγμένης Τεχνολογίας στη Σχολή Μηχανικών Whiting του Πανεπιστημίου Johns Hopkins) έχουν σχηματίσει μια ομάδα εμπειρογνωμόνων για την κατασκευή θερμομονωτικών επιστρώσεων υπερπολυτελών ομάδων, με κάλυψη ομαδικής έρευνας σε κεραμικά υψηλής θερμοκρασίας, χημικές επιστρώσεις και επιστρώσεις ψεκασμού πλάσματος. Μέσω περαιτέρω δοκιμών, η ομάδα τελικά επέλεξε το λευκό στρώμα προστασίας με βάση την αλουμίνα. Αλλά το προστατευτικό στρώμα θα γκριζάρει σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας με αντίδραση άνθρακα, έτσι οι μηχανικοί πρόσθεσαν ένα στρώμα βολφραμίου στη μέση, λεπτότερο από την τρίχα, και επικαλυμμένο μεταξύ της θερμικής ασπίδας και της λευκής ασπίδας για να αποτρέψουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο στρωμάτων. Προσθέτουν επίσης έναν νανο-παράγοντα προσμίξεων για να κάνουν τις ασπίδες πιο λευκές και να αποτρέψουν τη θερμική διαστολή των σωματιδίων αλουμίνας. Ο Dennis Nagle, επικεφαλής ερευνητής μηχανικός στο Κέντρο Επιστήμης Συστημάτων και Μηχανικής, δήλωσε ότι συνήθως όταν χρησιμοποιούνται κεραμικά, προτιμάται μια άκαμπτη, πορώδης επικάλυψη, αλλά το υλικό σπάει όταν χτυπηθεί με σφυρί. Στη θερμοκρασία που αντιμετωπίζει το Parker, η λεία επικάλυψη σπάει σαν παράθυρο που χτυπήθηκε από πέτρα. Επομένως, ακόμη και οι πορώδεις επιστρώσεις μπορούν να αντέξουν σε αυτό το ακραίο περιβάλλον. Όταν εμφανίζονται ρωγμές σε πορώδεις επιστρώσεις, οι ρωγμές σταματούν όταν φτάνουν στους πόρους. Η επίστρωση αποτελείται από αρκετά χονδρόκοκκα στρώματα - αρκετά ώστε να επιτρέπουν σε μια ομάδα κεραμικών σωματιδίων να αντανακλούν το φως που λείπει από ένα άλλο στρώμα.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Αυγούστου 2018