12 august, ora 15:31, ora Beijingului, detectorul solar Parker (Parker Solar Probe) de la Baza Forțelor Aeriene din Cape Canaveral, a fost lansat cu o bucată de rachetă grea Delta 4. După un zbor de 43 de minute, deși în această perioadă s-a înregistrat un al treilea nivel de suspiciuni de pierdere a momentului palpitant, din fericire, la limită, detectorul Parker s-a separat cu succes de rachetă, a pornit pe lungul drum spre soare și a deschis astfel o nouă călătorie a explorării soarelui de către om!
Detector solar
Locul de lansare
Pentru a stabili un record mondial de atingere a celui mai apropiat punct din lumina soarelui, oamenii trebuie să găsească materiale care să reziste la niveluri fără precedent de temperaturi ultra-ridicate. Se poate spune că dacă nu există un sistem de protecție termică (TPS), nu există Parker. Conform planului, Parker va pătrunde la 4 milioane de mile de suprafața soarelui (6,11 milioane de km). Pentru a se adapta la acest mediu extrem de cald, detectorul va purta un ecran termic compozit, a cărui cupolă va rezista la strălucirea soarelui. Ecranul termic nu ar fi putut fi fabricat acum 10 ani.
Dacă ești un satelit de 1 metru pătrat pe orbita Pământului, iar energia soarelui este de aproximativ 1350 de wați pentru a ajunge la tine, dar Parker este de aproximativ 25 de ori mai aproape de această poziție, ceea ce înseamnă aproximativ 850.000 de wați de căldură pe metru pătrat. Dacă se calculează suprafața, sonda solară Parker trebuie să reziste la aproximativ 3 milioane de wați de energie. Scutul termic al detectorului este cunoscut și sub numele de Sistem de Protecție Termică (TPS), constând din două straturi compozite îmbogățite cu carbon și o spumă de carbon cu o clemă intermediară de aproximativ 4,5 inci (11,43 cm). Scutul termic orientat spre Soare are, de asemenea, un strat alb special pentru a reflecta energia soarelui cât mai mult posibil. Acest material este rezistent la 2.500 de grade Fahrenheit (aproximativ 1371 ℃) și asigură că instrumentul funcționează la aproximativ 85 de grade Fahrenheit (aproximativ 30 ℃).
„Dacă această sarcină a fost implementată în anii '60-'70, chiar și atunci când a fost implementată în anii '80, este posibil să se piloteze metale cu rezistență ridicată la căldură”, a spus Driesman. „Oamenii de știință vor construi un Jerdon metalic cu un punct de topire foarte ridicat, dar nu-l vor trimite niciodată în cer, deoarece metalul este prea greu. Spre deosebire de majoritatea fibrelor de carbon comerciale, structura lor carbon-carbon nu este polimerizată prin întărirea rășinilor, deoarece rășinile întărite se evaporă în apropierea soarelui precum uleiul pe suprafețele fierbinți ale drumurilor”, a spus el. Pentru a realiza scutul termic, NASA umple rășina cu „fibră de carbon tocată”, apoi întărește rășina, o coace într-un cuptor la 3.000 de grade și repetă procesul de 4 până la 5 ori. „În cele din urmă, veți obține fibra de carbon care vă înfășoară. Structura carbon-carbon despre care vorbim este carbon pur, fără rășini și alte substanțe. Părțile frontale și posterioare ale scutului termic sunt fabricate din această placă carbon-carbon, care, pe lângă faptul că este izolată, are o rezistență mecanică foarte mare.” Două straturi de foi de carbon-carbon sunt suficient de subțiri pentru a se îndoi și chiar a se suprapune. În mijlocul unui material carbon-carbon cu două straturi, se află un strat de aproximativ 11 cm de spumă de carbon, care este acum utilizată în general în industria medicală pentru a crea oase alternative. Designul sandwich susține întreaga structură - asemănător cartonului ondulat - care cântărește doar 73 kg pentru întregul ecran termic cu grosimea de 2,4 metri.
Spuma este, de asemenea, cea mai importantă structură a funcției de izolare a scutului termic. Însă 97% din bula de carbon este reprezentată de aer, pentru a reduce și mai mult greutatea sondelor spațiale. Carbonul în sine este conductiv termic, iar structura spumei înseamnă, de asemenea, că nu există prea multă căldură de transmis. Bulele nu sunt ușor de testat, sunt extrem de fragile. Există însă o altă problemă. „Când se încălzesc, ard”, a spus Abel. Arderea nu este o problemă mare în vid, dar aerul rămas în test va face ca bulele să se transforme în cărbune. Prin urmare, inginerii de la Laboratorul Național Oak Ridge au folosit lămpi cu arc cu plasmă la temperatură înaltă pentru a testa scutul termic al acestor spume de carbon, care au o rezistență ridicată la temperaturi ridicate. Izolația termică a acestor spume de carbon nu este suficientă pentru a garanta că detectoarele vor funcționa la temperatura necesară. Deoarece nu există disipare de aer în spațiu, singura modalitate de a disipa căldura este de a împrăștia lumina și de a emite căldură sub formă de fotoni. Prin urmare, este necesar un alt strat protector: un strat protector alb este utilizat pentru a reflecta căldura și lumina.
Schema structurii ecranului termic al detectorului solar Parker
În acest scop, Laboratorul de Fizică Aplicată de la Universitatea Johns Hopkins și Laboratorul de Tehnologie Avansată al Școlii de Inginerie Whiting (Laboratorul de Tehnologie Avansată din cadrul Școlii de Inginerie Whiting a Universității Johns Hopkins) au format o echipă de experți în acoperiri termoizolante de super lux, cu cercetări în echipă care acoperă ceramica la temperaturi înalte, acoperirile chimice și cele prin pulverizare cu plasmă. Prin teste suplimentare, echipa a ales în cele din urmă stratul de protecție alb pe bază de alumină. Însă stratul protector ar deveni gri într-un mediu cu temperaturi ridicate, din cauza unei reacții cu carbon, așa că inginerii au adăugat un strat de tungsten la mijloc, mai subțire decât firul de păr, și l-au acoperit între ecranul termic și ecranul alb pentru a preveni interacțiunea dintre cele două straturi. De asemenea, au adăugat un agent de nano-dopare pentru a face ecranele mai albe și a preveni expansiunea termică a particulelor de alumină. Dennis Nagle, inginer de cercetare șef la Centrul pentru Știința și Ingineria Sistemelor, a declarat că, de obicei, atunci când se utilizează ceramică, este preferat un strat rigid, poros, dar materialul se rupe atunci când este lovit cu un ciocan. La temperatura la care se confruntă Parker, stratul neted se rupe ca o fereastră lovită de o piatră. Prin urmare, chiar și acoperirile poroase pot rezista la acest mediu extrem. Când apar fisuri în acoperirile poroase, fisurile se opresc atunci când ajung la pori. Acoperirea este formată din mai multe straturi granulare grosiere - suficient pentru a permite unui grup de particule ceramice să reflecte lumina lipsă de la un alt strat.
Data publicării: 15 august 2018