Czas pekiński 12 sierpnia 15:31, detektor Historic Park Sun (Parker Solar Probe) w bazie sił powietrznych Cape Canaveral, start SLC-37B bit przez ciężkie rakiety Delta 4. Po 43-minutowym locie, chociaż okres doświadczył trzeciego poziomu podejrzewanej utraty emocjonującego momentu, na szczęście jest ostatecznym bliskim spotkaniem, detektor Parkera pomyślnie oddzielił się od rakiety, postawił stopę na długiej drodze do słońca i w ten sposób otworzył nową podróż ludzkiej eksploracji słońca!
Detektor Słońca
Miejsce startu
Aby ustanowić rekord świata w dotarciu do najbliższego punktu na słońcu, ludzie muszą znaleźć materiały, które wytrzymają niespotykane dotąd poziomy ultrawysokich temperatur. Można powiedzieć, że jeśli nie ma systemu ochrony termicznej (TPS), nie ma Parkera. Zgodnie z planem Parker wejdzie 4 miliony mil od powierzchni słońca (6,11 miliona km). Aby dostosować się do tego ekstremalnie gorącego środowiska, detektor będzie miał kompozytową osłonę termiczną, kopuła wytrzyma oślepiające światło słoneczne. Osłona termiczna nie mogła zostać wykonana 10 lat temu.
Jeśli jesteś satelitą o powierzchni 1 metra kwadratowego na orbicie okołoziemskiej, a energia słoneczna potrzebuje około 1350 watów, aby do Ciebie dotrzeć, Parker jest około 25 razy bliżej niż ta pozycja, co daje około 850 000 watów ciepła na metr kwadratowy. Jeśli obszar jest liczony, sonda słoneczna Parkera musi wytrzymać około 3 milionów watów energii. Osłona termiczna detektora jest również znana jako system ochrony termicznej (TPS), składający się z dwóch warstw kompozytowych wzmocnionych węglem i pianki węglowej z pośrednim zaciskiem o długości około 4,5 cala (11,43 cm). Osłona termiczna zwrócona w stronę słońca ma również specjalną białą powłokę, aby odbijać energię słoneczną tak bardzo, jak to możliwe. Materiał ten jest odporny na temperaturę 2500 stopni Fahrenheita (około 1371 ℃) i zapewnia, że instrument działa w temperaturze około 85 stopni Fahrenheita (około 30 ℃).
„Jeśli to zadanie było w latach 60. i 70., nawet jeśli zostało wdrożone w latach 80., możliwe jest latanie wysokoodpornymi na ciepło metalami” — powiedział Driesman. „Naukowcy zbudują metalowego Jerdona o bardzo wysokiej temperaturze topnienia, ale nigdy nie wyślą go do nieba, ponieważ metal jest zbyt ciężki. „W przeciwieństwie do większości komercyjnych włókien węglowych, ich struktura węgiel-węgiel nie jest polimeryzowana przez utwardzanie żywic, ponieważ utwardzane żywice odparowują w pobliżu słońca jak olej na gorącej nawierzchni drogi” — powiedział. Aby wykonać osłonę termiczną, NASA wypełnia żywicę „posiekanym włóknem węglowym”, a następnie utwardza żywicę, wypala ją w piecu o temperaturze 3000 stopni i powtarza proces 4 do 5 razy. „Ostatecznie otrzymasz włókno węglowe, które cię otacza. Struktura węgiel-węgiel, o której mówimy, to czysty węgiel, wolny od żywic i innych substancji. „Przednia i tylna strona osłony termicznej są wykonane z tej płyty węglowo-węglowej, która oprócz izolacji ma bardzo dużą wytrzymałość mechaniczną”. Dwie warstwy arkuszy węglowo-węglowych są wystarczająco cienkie, aby się wyginać, a nawet na siebie zachodzić. W środku dwuwarstwowego materiału węglowo-węglowego znajduje się warstwa pianki węglowej o grubości około 4,5 cala, która jest obecnie powszechnie stosowana w przemyśle medycznym do tworzenia alternatywnych kości. Konstrukcja kanapkowa podtrzymuje całą strukturę — podobną do tektury falistej — która waży zaledwie 160 funtów (około 73 kg) dla całej osłony termicznej o grubości 8 stóp.
Pianka jest również najważniejszą strukturą izolacji termicznej. Ale 97% pęcherzyka węglowego to powietrze, aby jeszcze bardziej zmniejszyć wagę sond kosmicznych. Sam węgiel jest przewodnikiem ciepła, a struktura pianki oznacza również, że nie ma tak dużo ciepła do przekazania. Pęcherzyki nie są łatwe do testowania, są niezwykle kruche. Ale jest jeszcze jeden problem. „Kiedy się nagrzewają, palą się”. „powiedział Abel. Spalanie nie jest dużym problemem w próżni, ale pozostałe powietrze w teście spowoduje, że pęcherzyki spalą się na węgiel drzewny. Dlatego inżynierowie National Oak Ridge Laboratory z lampami łukowymi plazmowymi o wysokiej temperaturze testują osłonę cieplną tych pianek węglowych o wysokiej odporności na wysokie temperatury. Sama izolacja cieplna tych pianek węglowych nie jest wystarczająca, aby zagwarantować, że detektory będą działać w wymaganej temperaturze. Ponieważ w przestrzeni nie ma rozpraszania powietrza, jedynym sposobem na rozproszenie ciepła jest rozpraszanie światła i emitowanie ciepła w postaci fotonów. Dlatego potrzebna jest kolejna warstwa ochronna: biała warstwa ochronna służy do odbijania ciepła i światła.
Schemat budowy osłony termicznej detektora słonecznego Parker
W tym celu Laboratorium Fizyki Stosowanej na Johns Hopkins University i Laboratorium Zaawansowanych Technologii w Whiting School of Engineering (Laboratorium Zaawansowanych Technologii w Johns Hopkins University's whiting School Engineering) utworzyło zespół ekspertów ds. superluksusowych zespołów powłok termoizolacyjnych, obejmujący badania nad ceramiką wysokotemperaturową, powłokami natryskowymi chemicznymi i plazmowymi. W wyniku dalszych testów zespół ostatecznie wybrał białą warstwę ochronną na bazie tlenku glinu. Jednak warstwa ochronna byłaby szara w środowisku o wysokiej temperaturze z reakcją węglową, więc inżynierowie dodali warstwę wolframu na środku, cieńszą niż włos, i pokryli nią osłonę termiczną i białą osłonę, aby zapobiec interakcji między dwiema warstwami. Dodają również nanodomieszkę, aby osłony były bielsze i zapobiegały rozszerzalności cieplnej cząstek tlenku glinu. Dennis Nagle, główny inżynier badawczy w Centrum Nauki i Inżynierii Systemów, powiedział, że zazwyczaj przy stosowaniu ceramiki preferowana jest sztywna, porowata powłoka, ale materiał pęka po uderzeniu młotkiem. W temperaturze, w jakiej znajduje się Parker, gładka powłoka pęka jak okno uderzone kamieniem. Dlatego nawet porowate powłoki mogą wytrzymać to ekstremalne środowisko. Gdy w porowatych powłokach pojawiają się pęknięcia, pęknięcia zatrzymują się, gdy docierają do porów. Powłoka składa się z kilku grubych, ziarnistych warstw — wystarczających, aby umożliwić grupie cząstek ceramicznych odbicie brakującego światła z innej warstwy.
Czas publikacji: 15-08-2018