Beijing-tijd 12 augustus 15:31 uur, de lancering van de Historic Park Sun Detector (Parker Solar Probe) op Cape Canaveral Air Force Base SLC-37b werd gebombardeerd door zware Delta 4-raketten. Na een vlucht van 43 minuten, hoewel de periode een derde niveau van vermoedelijk verlies van het spannende moment kende, gelukkig de ultieme bijna-ongelukken, scheidde de Parker Detector zich succesvol af van de raket, zette voet aan de lange weg naar de zon en opende zo de nieuwe reis van menselijke verkenning van de zon!
Zonnedetector
Lanceerplaats
Om een wereldrecord te vestigen en de dichtstbijzijnde plek op de zon te bereiken, moeten mensen materialen vinden die bestand zijn tegen ongekende, extreem hoge temperaturen. Zonder thermisch beschermingssysteem (TPS) bestaat Parker niet. Volgens het plan zal Parker zich op een afstand van 6,11 miljoen kilometer (4 miljoen mijl) van het zonneoppervlak bevinden. Om zich aan deze extreem hete omgeving aan te passen, zal de detector een hitteschild van composietmateriaal dragen, waardoor de koepel de schittering van de zon kan weerstaan. Tien jaar geleden had men dit hitteschild nog niet kunnen maken.
Stel je voor dat je een satelliet van 1 vierkante meter in een baan om de aarde bent, en de zon ongeveer 1350 watt energie nodig heeft om je te bereiken, dan is Parker ongeveer 25 keer dichterbij dan deze positie, wat neerkomt op ongeveer 850.000 watt warmte per vierkante meter. Als je het gebied meetelt, moet Parkers zonnesonde ongeveer 3 miljoen watt aan energie kunnen weerstaan. Het hitteschild van de detector staat ook bekend als het Thermal Protection System (TPS) en bestaat uit twee met koolstof versterkte composietlagen en een koolstofschuim met een tussenklem van ongeveer 11,43 cm. Het hitteschild dat naar de zon is gericht, heeft ook een speciale witte coating om de energie van de zon zoveel mogelijk te reflecteren. Dit materiaal is bestand tegen temperaturen tot 1371 °C en zorgt ervoor dat het instrument werkt bij een temperatuur van ongeveer 30 °C.
"Als deze taak in de jaren 60 tot 70 werd uitgevoerd, zelfs toen het in de jaren 80 werd ingezet, is het mogelijk om hittebestendige metalen te laten vliegen," zei Driesman. "Wetenschappers zullen een metalen Jerdon bouwen met een zeer hoog smeltpunt, maar deze nooit naar de hemel sturen, omdat het metaal te zwaar is. "In tegenstelling tot de meeste commerciële koolstofvezels wordt hun koolstof-koolstofstructuur niet gepolymeriseerd door uithardende harsen, omdat uitgeharde harsen in de buurt van de zon verdampen, net als olie op hete wegdekken," zei hij. Om het hitteschild te maken, vult NASA de hars met "gehakte koolstofvezel", hardt de hars vervolgens uit, bakt deze in een oven van 3000 graden en herhaalt het proces 4 tot 5 keer. "Uiteindelijk krijg je de koolstofvezel die om je heen gewikkeld is. De koolstof-koolstofstructuur waar we het over hebben is pure koolstof, vrij van harsen en andere stoffen. De voor- en achterkant van het thermische schild zijn gemaakt van deze koolstof-koolstofplaat, die niet alleen geïsoleerd is, maar ook een zeer sterke mechanische sterkte heeft. Twee lagen koolstof-koolstofplaten zijn dun genoeg om te buigen en zelfs te overlappen. In het midden van een tweelaags koolstof-koolstofmateriaal bevindt zich een laag van ongeveer 11,5 cm koolstofschuim, dat tegenwoordig algemeen wordt gebruikt in de medische industrie om alternatieve botten te maken. Het sandwichontwerp ondersteunt de hele structuur – als golfkarton – die slechts 73 kg weegt voor het gehele 2,4 meter dikke hitteschild.
Schuim is ook de belangrijkste structuur voor thermische isolatie. Maar 97% van de koolstofbel bestaat uit lucht, om het gewicht van ruimtesondes verder te verminderen. De koolstof zelf is thermisch geleidend en de schuimstructuur zorgt er ook voor dat er minder warmte wordt overgedragen. Bellen zijn niet gemakkelijk te testen, ze zijn extreem broos. Maar er is nog een ander probleem. "Als ze heet worden, verbranden ze", aldus Abel. Verbranding is geen groot probleem in een vacuüm, maar de resterende lucht in de test zorgt ervoor dat de bellen tot houtskool verschroeien. Daarom testten ingenieurs van het National Oak Ridge Laboratory met plasmabooglampen met hoge temperatuur de hittebestendigheid van dit koolstofschuim. De thermische isolatie van dit koolstofschuim alleen is niet voldoende om te garanderen dat de detectoren bij de vereiste temperatuur zullen werken. Omdat er geen luchtafvoer in de ruimte is, is de enige manier om warmte af te voeren het verstrooien van licht en het uitzenden van warmte in de vorm van fotonen. Daarom is een extra beschermlaag nodig: een witte beschermlaag wordt gebruikt om warmte en licht te reflecteren.
Schematisch diagram van de structuur van het thermische schild van de Parker Solar Detector
Daartoe hebben het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University en het Advanced Technology Laboratory van de Whiting School of Engineering (Advanced Technology Laboratory van de Whiting School Engineering van de Johns Hopkins University) een team van deskundige teams gevormd voor superluxe thermische isolatiecoatings, met onderzoeksgebieden zoals keramische coatings voor hoge temperaturen, chemische coatings en plasmaspuitcoatings. Na verdere tests koos het team uiteindelijk voor de witte beschermlaag op basis van aluminiumoxide. De beschermlaag zou echter grijs worden in een omgeving met hoge temperaturen en een koolstofreactie, dus voegden ingenieurs een laag wolfraam toe aan het midden, dunner dan het haar, en een coating tussen het hitteschild en het witte schild om interactie tussen de twee lagen te voorkomen. Ze voegden ook een nanodopingmiddel toe om de schilden witter te maken en de thermische uitzetting van de aluminiumoxidedeeltjes te voorkomen. Dennis Nagle, hoofdonderzoeker bij het Center for Systems Science and Engineering, zei dat bij keramiek doorgaans een stijve, poreuze coating de voorkeur heeft, maar dat het materiaal breekt wanneer er met een hamer op wordt geslagen. Bij de temperatuur waar de Parker tegenaan ligt, breekt de gladde coating als een steenslag op een raam. Daardoor zijn zelfs poreuze coatings bestand tegen deze extreme omstandigheden. Wanneer er scheuren ontstaan in poreuze coatings, stoppen de scheuren zodra ze de poriën bereiken. De coating bestaat uit verschillende grove korrelige lagen, genoeg om een groep keramische deeltjes het ontbrekende licht van een andere laag te laten reflecteren.
Geplaatst op: 15-08-2018