۱۲ آگوست به وقت پکن، ساعت ۳:۳۱ بعد از ظهر، آشکارساز خورشیدی پارک تاریخی (کاوشگر خورشیدی پارکر) در پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال، با استفاده از موشک‌های سنگین دلتا ۴ به فضا پرتاب شد. پس از یک پرواز ۴۳ دقیقه‌ای، اگرچه این دوره سومین سطح از از دست دادن مشکوک لحظه هیجان‌انگیز را تجربه کرد، اما خوشبختانه آشکارساز پارکر با موفقیت از موشک جدا شد، قدم در جاده طولانی خورشید گذاشت و بدین ترتیب سفر جدیدی را در اکتشافات انسانی خورشید آغاز کرد!
آشکارساز خورشید
سایت راه اندازی
برای ثبت یک رکورد جهانی برای رسیدن به نزدیکترین نقطه در خورشید، افراد باید موادی را پیدا کنند که بتوانند سطوح بی‌سابقه‌ای از دماهای فوق بالا را تحمل کنند. می‌توان گفت اگر سیستم حفاظت حرارتی (TPS) وجود نداشته باشد، پارکری هم وجود نخواهد داشت. طبق برنامه، پارکر وارد فاصله ۴ میلیون مایلی از سطح خورشید (۶.۱۱ میلیون کیلومتری) خواهد شد. برای سازگاری با این محیط بسیار گرم، آشکارساز یک سپر حرارتی کامپوزیتی حمل خواهد کرد که گنبد آن در برابر تابش خیره‌کننده خورشید مقاومت خواهد کرد. ساخت سپر حرارتی ۱۰ سال پیش امکان‌پذیر نبود.
اگر شما یک ماهواره ۱ متر مربعی در مدار زمین باشید و انرژی خورشید حدود ۱۳۵۰ وات به شما برسد، اما پارکر حدود ۲۵ برابر نزدیک‌تر از این موقعیت است که حدود ۸۵۰،۰۰۰ وات گرما در هر متر مربع می‌شود. اگر مساحت را در نظر بگیریم، کاوشگر خورشیدی پارکر باید حدود ۳ میلیون وات انرژی را تحمل کند. سپر حرارتی آشکارساز که به عنوان سیستم حفاظت حرارتی (TPS) نیز شناخته می‌شود، از دو لایه کامپوزیت تقویت‌شده با کربن و یک فوم کربنی با گیره میانی حدود ۴.۵ اینچ (۱۱.۴۳ سانتی‌متر) تشکیل شده است. سپر حرارتی رو به خورشید همچنین دارای یک پوشش سفید مخصوص است تا انرژی خورشید را تا حد امکان منعکس کند. این ماده در برابر ۲۵۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۱۳۷۱ درجه سانتیگراد) مقاوم است و تضمین می‌کند که دستگاه در دمای حدود ۸۵ درجه فارنهایت (حدود ۳۰ درجه سانتیگراد) کار کند.
دریسمن گفت: «اگر این کار در دهه‌های ۶۰ تا ۷۰ میلادی انجام می‌شد، حتی اگر در دهه ۸۰ میلادی انجام می‌شد، پرواز با فلزات مقاوم در برابر حرارت بالا امکان‌پذیر بود. دانشمندان یک جردون فلزی با نقطه ذوب بسیار بالا می‌سازند، اما هرگز آن را به بهشت نمی‌فرستند، زیرا این فلز خیلی سنگین است.» او گفت: «برخلاف اکثر الیاف کربن تجاری، ساختار کربن-کربن آنها با سخت شدن رزین‌ها پلیمریزه نمی‌شود زیرا رزین‌های سخت شده در نزدیکی خورشید مانند روغن روی سطوح داغ جاده تبخیر می‌شوند.» برای ساخت سپر حرارتی، ناسا رزین را با «فیبر کربن خرد شده» پر می‌کند، سپس رزین را سخت می‌کند، آن را در فر ۳۰۰۰ درجه می‌پزد و این فرآیند را ۴ تا ۵ بار تکرار می‌کند. «در نهایت فیبر کربنی را که دور شما پیچیده شده است، دریافت خواهید کرد. ساختار کربن-کربنی که ما در مورد آن صحبت می‌کنیم، کربن خالص و عاری از رزین و سایر مواد است.» «قسمت‌های جلو و عقب سپر حرارتی از این صفحه کربن-کربن ساخته شده‌اند که علاوه بر عایق بودن، از استحکام مکانیکی بسیار بالایی نیز برخوردار است.» دو لایه ورق کربن-کربن به اندازه کافی نازک هستند که خم شوند و حتی روی هم قرار گیرند. در وسط یک ماده دو لایه کربن-کربن، یک لایه حدود ۴.۵ اینچی از فوم کربن قرار دارد که اکنون به طور کلی در صنعت پزشکی برای ایجاد استخوان‌های جایگزین استفاده می‌شود. طراحی ساندویچی، کل ساختار مقوای موج‌دار را که فقط ۱۶۰ پوند (حدود ۷۳ کیلوگرم) وزن دارد، برای کل سپر حرارتی با ضخامت ۸ فوت، نگه می‌دارد.
فوم همچنین مهمترین ساختار عملکرد عایق سپر حرارتی است. اما 97٪ از حباب کربن هوا است تا وزن کاوشگرهای فضایی بیشتر کاهش یابد. خود کربن رسانای حرارتی است و ساختار فوم نیز به این معنی است که گرمای زیادی برای انتقال وجود ندارد. آزمایش حباب‌ها آسان نیست، آنها بسیار شکننده هستند. اما مشکل دیگری نیز وجود دارد. آبل گفت: "وقتی داغ می‌شوند، می‌سوزند." سوختن در خلاء مشکل بزرگی نیست، اما هوای باقی مانده در آزمایش باعث می‌شود حباب‌ها به زغال تبدیل شوند. بنابراین، مهندسان آزمایشگاه ملی اوک ریج با لامپ‌های قوس پلاسمای دمای بالا، سپر حرارتی این فوم کربنی را آزمایش کردند تا مقاومت در برابر دمای بالا را بررسی کنند. عایق حرارتی این فوم‌های کربنی به تنهایی برای تضمین عملکرد آشکارسازها در دمای مورد نیاز کافی نیست. از آنجا که در فضا اتلاف هوا وجود ندارد، تنها راه اتلاف گرما، پراکندگی نور و انتشار گرما به شکل فوتون است. بنابراین، یک لایه محافظ دیگر مورد نیاز است: یک لایه محافظ سفید برای بازتاب گرما و نور استفاده می‌شود.
نمودار شماتیک ساختار سپر حرارتی آشکارساز خورشیدی پارکر
برای این منظور، آزمایشگاه فیزیک کاربردی در دانشگاه جانز هاپکینز و آزمایشگاه فناوری پیشرفته دانشکده مهندسی وایتینگ (آزمایشگاه فناوری پیشرفته در دانشکده مهندسی وایتینگ دانشگاه جانز هاپکینز) تیمی از تیم‌های متخصص پوشش عایق حرارتی فوق لوکس را با پوشش تحقیقاتی تیمی سرامیک‌های دما بالا، پوشش‌های شیمیایی و پاشش پلاسما تشکیل داده‌اند. با آزمایش‌های بیشتر، این تیم در نهایت لایه سفید محافظ بر پایه آلومینا را انتخاب کرد. اما لایه محافظ در محیط دمای بالا با واکنش کربن خاکستری می‌شود، بنابراین مهندسان یک لایه تنگستن به وسط، نازک‌تر از مو، اضافه کردند و بین سپر حرارتی و سپر سفید پوشش دادند تا از تعامل بین دو لایه جلوگیری شود. آنها همچنین یک عامل نانو دوپینگ اضافه می‌کنند تا سپرها سفیدتر شوند و از انبساط حرارتی ذرات آلومینا جلوگیری شود. دنیس ناگل، مهندس ارشد تحقیقات در مرکز علوم و مهندسی سیستم‌ها، گفت که معمولاً هنگام استفاده از سرامیک، یک پوشش سفت و متخلخل ترجیح داده می‌شود، اما این ماده هنگام ضربه با چکش می‌شکند. در دمایی که پارکر با آن مواجه می‌شود، پوشش صاف مانند پنجره‌ای که با سنگ برخورد می‌کند، می‌شکند. بنابراین، حتی پوشش‌های متخلخل نیز می‌توانند در برابر این محیط شدید مقاومت کنند. هنگامی که ترک‌هایی در پوشش‌های متخلخل ایجاد می‌شوند، ترک‌ها با رسیدن به منافذ متوقف می‌شوند. این پوشش از چندین لایه دانه‌ای درشت تشکیل شده است - به اندازه‌ای که به گروهی از ذرات سرامیکی اجازه می‌دهد نور از دست رفته از لایه دیگر را منعکس کنند.
زمان ارسال: ۱۵ آگوست ۲۰۱۸