कार्बन फाइबर ने नासा के महान प्रक्षेपण मिशन को बढ़ावा दिया

बीजिंग समय 12 अगस्त 3:31 अपराह्न, केप कैनवेरल एयर फोर्स बेस पर ऐतिहासिक पार्क सन डिटेक्टर (पार्कर सोलर प्रोब) डेल्टा 4 भारी रॉकेट द्वारा लॉन्च किया गया। 43 मिनट की उड़ान के बाद, हालांकि इस अवधि में रोमांचकारी क्षण के संदिग्ध नुकसान के तीसरे स्तर का अनुभव हुआ, सौभाग्य से अंतिम निकट चूक है, पार्कर डिटेक्टर सफलतापूर्वक रॉकेट से अलग हो गया, सूरज की लंबी सड़क पर पैर रखा, और इस तरह सूर्य की मानव अन्वेषण की नई यात्रा खोली!

सूर्य डिटेक्टर

प्रक्षेपण स्थल

सूर्य के सबसे नज़दीकी स्थान पर पहुँचने का विश्व रिकॉर्ड बनाने के लिए, लोगों को ऐसी सामग्री ढूँढनी होगी जो अभूतपूर्व स्तर के अति-उच्च तापमान का सामना कर सके। यह कहा जा सकता है कि यदि थर्मल प्रोटेक्शन सिस्टम (TPS) नहीं है, तो पार्कर भी नहीं है। योजना के अनुसार, पार्कर सूर्य की सतह से 4 मिलियन मील (6.11 मिलियन किमी) की दूरी से प्रवेश करेगा। इस अत्यधिक गर्म वातावरण के अनुकूल होने के लिए, डिटेक्टर एक समग्र हीट शील्ड ले जाएगा, गुंबद सूर्य से आने वाली चकाचौंध का सामना करेगा। हीट शील्ड 10 साल पहले नहीं बनाई जा सकती थी।

यदि आप पृथ्वी की कक्षा में 1 वर्ग मीटर का उपग्रह हैं, और सूर्य की ऊर्जा आप तक पहुँचने के लिए लगभग 1350 वाट है, लेकिन पार्कर इस स्थिति से लगभग 25 गुना करीब है, जो प्रति वर्ग मीटर लगभग 850,000 वाट गर्मी है। यदि क्षेत्र की गणना की जाती है, तो पार्कर की सौर जांच को लगभग 3 मिलियन वाट ऊर्जा का सामना करना होगा। डिटेक्टर की हीट शील्ड को थर्मल प्रोटेक्शन सिस्टम (TPS) के रूप में भी जाना जाता है, जिसमें दो कार्बन-वर्धित समग्र परतें और लगभग 4.5 इंच (11.43 सेमी) के मध्यवर्ती क्लैंप के साथ एक कार्बन फोम शामिल है। सूर्य का सामना करने वाले हीट शील्ड में सूर्य से ऊर्जा को यथासंभव प्रतिबिंबित करने के लिए एक विशेष सफेद कोटिंग भी होती है।

"यदि यह कार्य 60 से 70 के दशक में था, तो 80 के दशक में तैनात होने पर भी, उच्च ताप-प्रतिरोधी धातुओं को उड़ाना संभव है," ड्रिसमैन ने कहा। "वैज्ञानिक बहुत उच्च गलनांक वाली धातु जेरडॉन बनाएंगे, लेकिन इसे कभी स्वर्ग नहीं भेजेंगे, क्योंकि यह धातु बहुत भारी है। "अधिकांश वाणिज्यिक कार्बन फाइबर के विपरीत, उनकी कार्बन-कार्बन संरचना कठोर रेजिन द्वारा बहुलकीकृत नहीं होती है क्योंकि कठोर रेजिन सूर्य के पास गर्म सड़क की सतहों पर तेल की तरह वाष्पित हो जाते हैं," उन्होंने कहा। हीट शील्ड बनाने के लिए, नासा रेजिन को "कटा हुआ कार्बन फाइबर" से भरता है, फिर रेजिन को सख्त करता है, इसे 3,000 डिग्री ओवन में पकाता है, और इस प्रक्रिया को 4 से 5 बार दोहराता है। "आखिरकार आपको वह कार्बन फाइबर मिल जाएगा जो आपके चारों ओर लिपटा हुआ है। हम जिस कार्बन-कार्बन संरचना की बात कर रहे हैं, वह शुद्ध कार्बन है, जो रेजिन और अन्य पदार्थों से मुक्त है। "थर्मल शील्ड के आगे और पीछे के हिस्से इस कार्बन-कार्बन प्लेट से बने हैं, जो इन्सुलेट होने के अलावा, बहुत मजबूत यांत्रिक शक्ति रखता है।" कार्बन-कार्बन शीट की 2 परतें इतनी पतली हैं कि वे मुड़ सकती हैं और ओवरलैप भी हो सकती हैं। दो-परत कार्बन-कार्बन सामग्री के बीच में, कार्बन फोम की लगभग 4.5 इंच की परत होती है, जिसका उपयोग अब आम तौर पर चिकित्सा उद्योग में वैकल्पिक हड्डियाँ बनाने के लिए किया जाता है। सैंडविच डिज़ाइन पूरी संरचना को सहारा देता है - नालीदार कार्डबोर्ड की तरह - जिसका वजन पूरे 8-फुट-मोटे हीट शील्ड के लिए सिर्फ़ 160 पाउंड (लगभग 73 किग्रा) है।

फोम थर्मल शील्ड इन्सुलेशन फ़ंक्शन की सबसे महत्वपूर्ण संरचना भी है। लेकिन कार्बन बुलबुले का 97% हिस्सा हवा है, ताकि अंतरिक्ष जांच के वजन को और कम किया जा सके। कार्बन स्वयं ऊष्मीय रूप से सुचालक है, और फोम संरचना का मतलब यह भी है कि इतनी अधिक गर्मी संचारित नहीं होती है। बुलबुले का परीक्षण करना आसान नहीं है, वे बेहद भंगुर होते हैं। लेकिन एक और समस्या है। "जब वे गर्म होते हैं, तो वे जल जाते हैं।" "एबेल ने कहा। वैक्यूम में जलना कोई बड़ी समस्या नहीं है, लेकिन परीक्षण में बची हुई हवा बुलबुले को चारकोल में बदल देगी। इसलिए, नेशनल ओक रिज लेबोरेटरी के इंजीनियरों ने उच्च तापमान वाले प्लाज्मा आर्क लैंप के साथ इन कार्बन फोम के उच्च तापमान प्रतिरोध की हीट शील्ड का परीक्षण किया। इन कार्बन फोम का थर्मल इन्सुलेशन अकेले यह गारंटी देने के लिए पर्याप्त नहीं है कि डिटेक्टर आवश्यक तापमान पर काम करेंगे। क्योंकि अंतरिक्ष में कोई वायु अपव्यय नहीं है, इसलिए गर्मी को फैलाने का एकमात्र तरीका प्रकाश को बिखेरना और फोटॉन के रूप में गर्मी का उत्सर्जन करना है। इसलिए, एक और सुरक्षात्मक परत की आवश्यकता है: गर्मी और प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए एक सफेद सुरक्षात्मक परत का उपयोग किया जाता है।

पार्कर सोलर डिटेक्टर थर्मल शील्ड संरचना योजनाबद्ध आरेख

इस उद्देश्य से, जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय में एप्लाइड फिजिक्स प्रयोगशाला और व्हिटिंग स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग (जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय के व्हिटिंग स्कूल इंजीनियरिंग में उन्नत प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला) की उन्नत प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला ने थर्मल इंसुलेटिंग कोटिंग सुपर लक्जरी टीमों की विशेषज्ञ टीमों की एक टीम बनाई है, जिसमें उच्च तापमान वाले सिरेमिक, रासायनिक और प्लाज्मा छिड़काव कोटिंग्स के टीम अनुसंधान कवरेज हैं। आगे के परीक्षण के माध्यम से, टीम ने अंततः एल्यूमिना पर आधारित सुरक्षा की सफेद परत को चुना। लेकिन कार्बन प्रतिक्रिया के साथ उच्च तापमान वाले वातावरण में सुरक्षात्मक परत धूसर हो जाएगी, इसलिए इंजीनियरों ने बीच में टंगस्टन की एक परत जोड़ी, जो बालों से भी पतली थी, और दो परतों के बीच बातचीत को रोकने के लिए हीट शील्ड और सफेद शील्ड के बीच में लेपित की। वे ढाल को सफेद बनाने और एल्यूमिना कणों के थर्मल विस्तार को रोकने के लिए एक नैनो-डोपिंग एजेंट भी जोड़ते हैं। सेंटर फॉर सिस्टम साइंस एंड इंजीनियरिंग के मुख्य अनुसंधान इंजीनियर डेनिस नागले ने कहा कि आमतौर पर सिरेमिक का उपयोग करते समय, एक कठोर, छिद्रपूर्ण कोटिंग को प्राथमिकता दी जाती है, लेकिन हथौड़े से मारने पर सामग्री टूट जाती है। पार्कर जिस तापमान का सामना करता है, उस पर चिकनी कोटिंग पत्थर से टकराने वाली खिड़की की तरह टूट जाती है। इसलिए, छिद्रपूर्ण कोटिंग भी इस चरम वातावरण का सामना कर सकती है। जब छिद्रपूर्ण कोटिंग में दरारें आती हैं, तो दरारें छिद्रों तक पहुँचने पर रुक जाती हैं। कोटिंग में कई मोटे दानेदार परतें होती हैं - इतनी कि सिरेमिक कणों के एक समूह को दूसरी परत से गायब प्रकाश को प्रतिबिंबित करने की अनुमति मिलती है।