Às 15h31, horário de Pequim, do dia 12 de agosto, o detector solar do Parque Histórico (Sonda Solar Parker), na Base Aérea de Cabo Canaveral, foi lançado com o foguete Delta 4. Após um voo de 43 minutos, embora tenha experimentado um terceiro nível de suposta perda do momento emocionante, felizmente, o detector Parker se separou com sucesso do foguete, pôs os pés na longa jornada rumo ao Sol e, assim, deu início a uma nova jornada de exploração solar humana!
Detector solar
Local de lançamento
Para estabelecer um recorde mundial e alcançar o ponto mais próximo do Sol, é preciso encontrar materiais que suportem níveis sem precedentes de temperaturas ultra-altas. Pode-se dizer que, sem um sistema de proteção térmica (TPS), não existe Parker. De acordo com o plano, o Parker atingirá a 6,11 milhões de quilômetros da superfície solar. Para se adaptar a esse ambiente extremamente quente, o detector terá um escudo térmico composto, cuja cúpula suportará o brilho do Sol. Esse escudo térmico não poderia ter sido fabricado há 10 anos.
Se você for um satélite de 1 metro quadrado em órbita terrestre, e a energia solar for de cerca de 1.350 watts para alcançá-lo, mas Parker estiver cerca de 25 vezes mais perto do que essa posição, o que equivale a cerca de 850.000 watts de calor por metro quadrado. Se a área for contada, a sonda solar de Parker deve suportar cerca de 3 milhões de watts de energia. O escudo térmico do detector, também conhecido como Sistema de Proteção Térmica (TPS), consiste em duas camadas compostas reforçadas com carbono e uma espuma de carbono com uma braçadeira intermediária de cerca de 4,5 polegadas (11,43 cm). O escudo térmico voltado para o Sol também possui um revestimento branco especial para refletir a energia solar o máximo possível. Esse material é resistente a 2.500 graus Fahrenheit (cerca de 1.371 °C) e garante que o instrumento opere a cerca de 85 graus Fahrenheit (cerca de 30 °C).
"Se essa tarefa foi realizada entre os anos 60 e 70, mesmo quando implementada nos anos 80, é possível voar com metais altamente resistentes ao calor", disse Driesman. "Os cientistas construirão um Jerdon de metal com um ponto de fusão muito alto, mas nunca o enviarão para o céu, porque o metal é muito pesado. Ao contrário da maioria das fibras de carbono comerciais, sua estrutura carbono-carbono não é polimerizada por resinas endurecidas, porque as resinas endurecidas evaporam perto do sol como óleo em superfícies quentes de estradas", disse ele. Para fazer o escudo térmico, a NASA preenche a resina com "fibra de carbono picada", depois endurece a resina, assa-a em um forno a 3.000 graus e repete o processo de 4 a 5 vezes. "Eventualmente, você obterá a fibra de carbono que o envolve. A estrutura carbono-carbono da qual estamos falando é carbono puro, livre de resinas e outras substâncias." As faces frontal e traseira do escudo térmico são feitas desta placa de carbono-carbono, que, além de isolante, possui uma resistência mecânica muito alta. Duas camadas de chapas de carbono-carbono são finas o suficiente para dobrar e até mesmo se sobrepor. No meio, um material de duas camadas de carbono-carbono, uma camada de cerca de 11 cm de espuma de carbono, que agora é amplamente utilizada na indústria médica para criar ossos alternativos. O design em formato de sanduíche sustenta toda a estrutura – semelhante a papelão ondulado – que pesa apenas 73 kg (160 libras) para todo o escudo térmico de 2,4 metros de espessura.
A espuma também é a estrutura mais importante na função de isolamento do escudo térmico. 97% da bolha de carbono é ar, o que reduz ainda mais o peso das sondas espaciais. O carbono em si é termicamente condutor, e a estrutura da espuma também significa que não há tanto calor a ser transmitido. As bolhas não são fáceis de testar, pois são extremamente frágeis. Mas há outro problema. "Quando esquentam, queimam", disse Abel. A queima não é um grande problema no vácuo, mas o ar restante no teste fará com que as bolhas queimem e se transformem em carvão. Portanto, os engenheiros do Laboratório Nacional de Oak Ridge usaram lâmpadas de arco de plasma de alta temperatura para testar o escudo térmico dessas espumas de carbono, que são resistentes a altas temperaturas. O isolamento térmico dessas espumas de carbono por si só não é suficiente para garantir que os detectores funcionem na temperatura necessária. Como não há dissipação de ar no espaço, a única maneira de dissipar o calor é espalhando a luz e emitindo calor na forma de fótons. Portanto, outra camada protetora é necessária: uma camada protetora branca para refletir o calor e a luz.
Diagrama esquemático da estrutura do escudo térmico do detector solar Parker
Para tanto, o Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins e o Laboratório de Tecnologia Avançada da Escola de Engenharia Whiting (Laboratório de Tecnologia Avançada da Escola de Engenharia Whiting da Universidade Johns Hopkins) formaram uma equipe de especialistas em revestimentos isolantes térmicos de luxo, com pesquisa abrangendo cerâmicas de alta temperatura, revestimentos químicos e de pulverização de plasma. Por meio de testes adicionais, a equipe finalmente escolheu a camada branca de proteção à base de alumina. No entanto, a camada protetora ficaria acinzentada em um ambiente de alta temperatura com uma reação de carbono, então os engenheiros adicionaram uma camada de tungstênio no meio, mais fina que um fio de cabelo, e a revestiram entre o escudo térmico e o escudo branco para evitar a interação entre as duas camadas. Eles também adicionaram um agente nanodopante para tornar os escudos mais brancos e evitar a expansão térmica das partículas de alumina. Dennis Nagle, engenheiro-chefe de pesquisa do Centro de Ciência e Engenharia de Sistemas, disse que, geralmente, ao usar cerâmica, um revestimento rígido e poroso é preferível, mas o material quebra ao ser atingido por um martelo. À temperatura que o Parker enfrenta, o revestimento liso quebra como uma janela atingida por uma pedra. Portanto, mesmo revestimentos porosos podem suportar esse ambiente extremo. Quando ocorrem rachaduras em revestimentos porosos, elas cessam ao atingir os poros. O revestimento consiste em várias camadas granulares grossas — o suficiente para permitir que um grupo de partículas cerâmicas reflita a luz que falta em outra camada.
Data de publicação: 15 de agosto de 2018