Пекинское время 12 августа 15:31, исторический парк солнечного детектора (Parker Solar Probe) на базе ВВС на мысе Канаверал slc-37b запущен тяжелыми ракетами Delta 4. После 43-минутного полета, хотя в этот период наблюдался третий уровень предполагаемой потери захватывающего момента, к счастью, это были окончательные близкие промахи, Parker детектор успешно отделился от ракеты, ступил на долгий путь к солнцу и тем самым открыл новое путешествие человека по исследованию солнца!
Солнечный детектор
Стартовая площадка
Чтобы установить мировой рекорд и достичь ближайшей точки на солнце, людям нужно найти материалы, которые могут выдерживать беспрецедентные уровни сверхвысоких температур. Можно сказать, что если нет системы тепловой защиты (TPS), то нет и Parker. Согласно плану, Parker войдет в 4 миллиона миль от поверхности солнца (6,11 миллиона км). Чтобы адаптироваться к этой чрезвычайно жаркой среде, детектор будет нести композитный тепловой экран, купол будет выдерживать блики от солнца. Тепловой экран не мог быть изготовлен 10 лет назад.
Если вы спутник размером 1 квадратный метр на орбите Земли, и энергия солнца составляет около 1350 Вт, чтобы достичь вас, но Parker находится примерно в 25 раз ближе, чем это положение, что составляет около 850 000 Вт тепла на квадратный метр. Если посчитать площадь, солнечный зонд Parker должен выдерживать около 3 миллионов Вт энергии. Тепловой экран детектора также известен как система тепловой защиты (TPS), состоящая из двух слоев композита с углеродным усилением и углеродной пены с промежуточным зажимом около 4,5 дюймов (11,43 см). Тепловой экран, обращенный к Солнцу, также имеет специальное белое покрытие, чтобы максимально отражать энергию солнца. Этот материал устойчив к 2500 градусам по Фаренгейту (около 1371 ℃) и обеспечивает работу прибора при температуре около 85 градусов по Фаренгейту (около 30 ℃).
«Если эта задача была в 60-х-70-х годах, даже при развертывании в 80-х годах, можно было бы летать на металлах с высокой жаропрочностью», - сказал Драйсман. «Ученые построят металлический Jerdon с очень высокой температурой плавления, но никогда не отправят его на небеса, потому что металл слишком тяжелый. «В отличие от большинства коммерческих углеродных волокон, их углерод-углеродная структура не полимеризуется затвердевающими смолами, потому что затвердевшие смолы испаряются вблизи солнца, как масло на горячих дорожных покрытиях», - сказал он. Чтобы сделать тепловой экран, NASA заполняет смолу «измельченным углеродным волокном», затем затвердевает смола, запекает ее в печи при температуре 3000 градусов и повторяет процесс 4-5 раз. «В конце концов вы получите углеродное волокно, которое обернуто вокруг вас. Углерод-углеродная структура, о которой мы говорим, - это чистый углерод, без смол и других веществ. «Передняя и задняя стороны теплового экрана сделаны из этой углерод-углеродной пластины, которая, в дополнение к изоляции, имеет очень большую механическую прочность». 2 слоя углерод-углеродных листов достаточно тонкие, чтобы сгибаться и даже перекрываться. В середине двухслойного углерод-углеродного материала слой около 4,5 дюймов углеродной пены, которая сейчас обычно используется в медицинской промышленности для создания альтернативных костей. Сэндвич-конструкция поддерживает всю конструкцию — как гофрированный картон — которая весит всего 160 фунтов (около 73 кг) для всего 8-футового теплозащитного экрана.
Пена также является важнейшей структурой функции теплоизоляции щита. Но 97% углеродного пузыря - это воздух, чтобы еще больше уменьшить вес космических зондов. Сам углерод является теплопроводным, а структура пены также означает, что не так много тепла передается. Пузыри нелегко проверить, они чрезвычайно хрупкие. Но есть и другая проблема. «Когда они нагреваются, они горят». «Сказал Абель. Горение не является большой проблемой в вакууме, но оставшийся воздух в тесте заставит пузырьки сгореть и превратиться в уголь. Поэтому инженеры Национальной лаборатории Ок-Ридж с высокотемпературными плазменными дуговыми лампами проверяют теплозащиту этих углеродных пен на устойчивость к высоким температурам. Теплоизоляции этих углеродных пен недостаточно, чтобы гарантировать, что детекторы будут работать при требуемой температуре. Поскольку в космосе нет рассеивания воздуха, единственный способ рассеивать тепло — это рассеивать свет и излучать тепло в виде фотонов. Поэтому необходим еще один защитный слой: белый защитный слой используется для отражения тепла и света.
Схематическая диаграмма структуры теплового экрана солнечного детектора Parker
С этой целью Лаборатория прикладной физики в Университете Джонса Хопкинса и Лаборатория передовых технологий Инженерной школы Уайтинга (Лаборатория передовых технологий Инженерной школы Уайтинга Университета Джонса Хопкинса) сформировали команду экспертов по теплоизоляционным покрытиям класса «суперлюкс», с исследовательским охватом высокотемпературной керамики, химических и плазменных напыляемых покрытий. В ходе дальнейших испытаний команда в конечном итоге выбрала белый слой защиты на основе оксида алюминия. Но защитный слой будет серым в высокотемпературной среде с реакцией углерода, поэтому инженеры добавили слой вольфрама в середину, тоньше волоса, и покрыли между теплозащитным экраном и белым экраном, чтобы предотвратить взаимодействие между двумя слоями. Они также добавили нанолегирующий агент, чтобы сделать экраны белее и предотвратить тепловое расширение частиц оксида алюминия. Деннис Нэгл, главный инженер-исследователь в Центре системной науки и инжиниринга, сказал, что обычно при использовании керамики предпочтительнее жесткое пористое покрытие, но материал ломается при ударе молотком. При температуре, с которой сталкивается Parker, гладкое покрытие ломается, как окно, попавшее под удар камня. Поэтому даже пористые покрытия могут выдерживать эту экстремальную среду. Когда в пористых покрытиях возникают трещины, они останавливаются, достигнув пор. Покрытие состоит из нескольких крупнозернистых слоев — достаточно, чтобы группа керамических частиц могла отражать недостающий свет из другого слоя.
Время публикации: 15-авг-2018