El 12 de agosto, a las 15:31 h, hora de Pekín, el detector solar del Parque Histórico (Sonda Solar Parker) en la Base Aérea de Cabo Cañaveral, SLC-37B, fue lanzado por cohetes Delta 4. Tras un vuelo de 43 minutos, aunque se registró un tercer nivel de sospecha de pérdida de este emocionante momento, afortunadamente, el detector Parker se separó con éxito del cohete, emprendió el largo camino hacia el Sol y, por lo tanto, abrió el camino a la exploración solar humana.
Detector solar
Sitio de lanzamiento
Para establecer un récord mundial y alcanzar el punto más cercano al sol, es necesario encontrar materiales que resistan temperaturas ultraaltas sin precedentes. Se podría decir que sin un sistema de protección térmica (TPS), no hay Parker. Según el plan, Parker se adentrará a 6,11 millones de kilómetros de la superficie solar. Para adaptarse a este entorno extremadamente caluroso, el detector incorporará un escudo térmico compuesto, cuya cúpula resistirá el resplandor solar. Este escudo térmico no se habría podido fabricar hace 10 años.
Si eres un satélite de 1 metro cuadrado en órbita terrestre, y la energía del sol es de aproximadamente 1350 vatios para alcanzarte, pero Parker está aproximadamente 25 veces más cerca que esta posición, lo que supone unos 850.000 vatios de calor por metro cuadrado. Si se cuenta el área, la sonda solar de Parker debe soportar unos 3 millones de vatios de energía. El escudo térmico del detector, también conocido como sistema de protección térmica (TPS), consta de dos capas compuestas mejoradas con carbono y una espuma de carbono con una abrazadera intermedia de aproximadamente 4,5 pulgadas (11,43 cm). El escudo térmico que mira hacia el Sol también tiene un revestimiento blanco especial para reflejar la energía del sol tanto como sea posible. Este material es resistente a 2.500 grados Fahrenheit (aproximadamente 1371 ℃) y garantiza que el instrumento funcione a unos 85 grados Fahrenheit (aproximadamente 30 ℃).
"Si esta tarea se realizó entre los años 60 y 70, incluso cuando se implementó en los 80, es posible volar metales con alta resistencia al calor", dijo Driesman. "Los científicos construirán un Jerdon de metal con un punto de fusión muy alto, pero nunca lo enviarán al cielo, porque el metal es demasiado pesado. A diferencia de la mayoría de las fibras de carbono comerciales, su estructura carbono-carbono no se polimeriza mediante resinas de endurecimiento, ya que estas se evaporan cerca del sol como el aceite en las superficies calientes de las carreteras", explicó. Para fabricar el escudo térmico, la NASA llena la resina con "fibra de carbono troceada", luego la endurece, la hornea en un horno a 3000 grados y repite el proceso de 4 a 5 veces. "Finalmente, obtendrás la fibra de carbono que te envuelve. La estructura carbono-carbono de la que hablamos es carbono puro, libre de resinas y otras sustancias". Las caras frontal y posterior del escudo térmico están hechas de esta placa de carbono-carbono, que, además de ser aislante, posee una gran resistencia mecánica. Dos capas de láminas de carbono-carbono son lo suficientemente delgadas como para doblarse e incluso superponerse. En medio de un material de carbono-carbono de dos capas, hay una capa de aproximadamente 11,4 cm de espuma de carbono, que ahora se utiliza generalmente en la industria médica para crear huesos alternativos. El diseño tipo sándwich sostiene toda la estructura, como si fuera cartón corrugado, que pesa solo 73 kg (160 libras) para todo el escudo térmico de 2,4 metros de grosor.
La espuma también es la estructura más importante para el aislamiento térmico. Sin embargo, el 97 % de la burbuja de carbono es aire, lo que reduce aún más el peso de las sondas espaciales. El carbono en sí mismo es conductor térmico, y la estructura de espuma también significa que no se transmite tanto calor. Las burbujas no son fáciles de probar, ya que son extremadamente frágiles. Pero existe otro problema: «Cuando se calientan, se queman». "dijo Abel. Quemarse no es un gran problema en el vacío, pero el aire restante en la prueba hará que las burbujas se quemen y se conviertan en carbón. Por lo tanto, los ingenieros del Laboratorio Nacional de Oak Ridge utilizan lámparas de arco de plasma de alta temperatura para probar la resistencia térmica de estas espumas de carbono. El aislamiento térmico de estas espumas de carbono por sí solo no es suficiente para garantizar que los detectores funcionen a la temperatura requerida. Dado que no hay disipación de aire en el espacio, la única forma de disipar el calor es dispersar la luz y emitir calor en forma de fotones. Por lo tanto, se necesita otra capa protectora: una capa protectora blanca que refleja el calor y la luz.
Diagrama esquemático de la estructura del escudo térmico del detector solar Parker
Para este fin, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins y el Laboratorio de Tecnología Avanzada de la Escuela de Ingeniería Whiting (Laboratorio de Tecnología Avanzada en la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins) han formado un equipo de expertos en equipos de superlujo de recubrimiento aislante térmico, con una cobertura de investigación en equipo de recubrimientos cerámicos de alta temperatura, químicos y de pulverización de plasma. A través de pruebas adicionales, el equipo finalmente eligió la capa blanca de protección basada en alúmina. Pero la capa protectora se atenuaría en un entorno de alta temperatura con una reacción de carbono, por lo que los ingenieros agregaron una capa de tungsteno en el medio, más delgada que un cabello, y la recubrieron entre el escudo térmico y el escudo blanco para evitar la interacción entre las dos capas. También agregaron un agente nano-dopaje para hacer que los escudos sean más blancos y evitar la expansión térmica de las partículas de alúmina. Dennis Nagle, ingeniero jefe de investigación en el Centro de Ciencia e Ingeniería de Sistemas, dijo que generalmente cuando se usa cerámica, se prefiere un recubrimiento rígido y poroso, pero el material se rompe al golpearlo con un martillo. A la temperatura a la que se enfrenta el Parker, el revestimiento liso se rompe como una ventana golpeada por una piedra. Por lo tanto, incluso los revestimientos porosos pueden soportar este entorno extremo. Cuando se producen grietas en los revestimientos porosos, estas se detienen al alcanzar los poros. El revestimiento consta de varias capas granulares gruesas, suficientes para permitir que un grupo de partículas cerámicas refleje la luz que falta en otra capa.
Hora de publicación: 15 de agosto de 2018