12. augusta o 15:31 pekinského času sa na leteckej základni Cape Canaveral odštartoval detektor slnka Slc-37b z historického parku (Parker Solar Probe), ktorý bol vypustený raketou Delta 4. Po 43-minútovom lete, hoci došlo k tretej úrovni podozrenia zo straty vzrušujúceho momentu, sa detektor Parker úspešne oddelil od rakety, vydal sa na dlhú cestu k Slnku a tým otvoril novú cestu ľudského objavovania Slnka!
Detektor slnka
Miesto štartu
Aby ľudia dosiahli svetový rekord v dosiahnutí najbližšieho bodu na slnku, musia nájsť materiály, ktoré dokážu odolať nebývalým úrovniam ultravysokých teplôt. Dá sa povedať, že ak neexistuje systém tepelnej ochrany (TPS), neexistuje ani Parker. Podľa plánu sa Parker dostane do vzdialenosti 4 milióny míľ od povrchu slnka (6,11 milióna km). Aby sa detektor prispôsobil tomuto extrémne horúcemu prostrediu, bude mať kompozitný tepelný štít, ktorého kupola odolá oslneniu slnka. Tepelný štít by sa pred 10 rokmi nedal vyrobiť.
Ak ste satelit s rozlohou 1 štvorcový meter na obežnej dráhe Zeme a slnečná energia na dosiahnutie vás je približne 1350 wattov, Parker je asi 25-krát bližšie ako táto poloha, čo je približne 850 000 wattov tepla na štvorcový meter. Ak sa počíta plocha, Parkerova solárna sonda musí odolať približne 3 miliónom wattov energie. Tepelný štít detektora je tiež známy ako systém tepelnej ochrany (TPS) a pozostáva z dvoch kompozitných vrstiev vylepšených uhlíkom a uhlíkovej peny s medziľahlou svorkou s dĺžkou približne 4,5 palca (11,43 cm). Tepelný štít smerujúci k Slnku má tiež špeciálny biely povlak, ktorý čo najviac odráža energiu zo slnka. Tento materiál je odolný voči teplotám 2 500 stupňov Fahrenheita (približne 1371 ℃) a zaisťuje, že prístroj pracuje pri teplote približne 85 stupňov Fahrenheita (približne 30 ℃).
„Ak bola táto úloha v 60. až 70. rokoch, aj keď boli nasadené v 80. rokoch, je možné lietať s kovmi odolnými voči teplu,“ povedal Driesman. „Vedci postavia kovový Jerdon s veľmi vysokým bodom topenia, ale nikdy ho nepošlú do neba, pretože kov je príliš ťažký. Na rozdiel od väčšiny komerčných uhlíkových vlákien ich uhlíkovo-uhlíková štruktúra nie je polymerizovaná tvrdnutím živíc, pretože tvrdené živice sa odparujú v blízkosti slnka ako olej na horúcom povrchu vozovky,“ povedal. Na výrobu tepelného štítu NASA naplní živicu „nasekanými uhlíkovými vláknami“, potom živicu vytvrdí, vypáli v peci s teplotou 3 000 stupňov a proces opakuje 4 až 5-krát. „Nakoniec získate uhlíkové vlákno, ktoré vás obalí. Uhlíkovo-uhlíková štruktúra, o ktorej hovoríme, je čistý uhlík, bez živíc a iných látok. Predná a zadná strana tepelného štítu sú vyrobené z tejto uhlíkovo-uhlíkovej dosky, ktorá okrem toho, že je izolovaná, má aj veľmi silnú mechanickú pevnosť.“ Dve vrstvy uhlíkovo-uhlíkových dosiek sú dostatočne tenké na to, aby sa dali ohýbať a dokonca prekrývať. Uprostred dvojvrstvového uhlíkovo-uhlíkového materiálu je vrstva približne 4,5 palca uhlíkovej peny, ktorá sa dnes všeobecne používa v medicínskom priemysle na vytváranie alternatívnych kostí. Sendvičový dizajn podopiera celú štruktúru – podobnú vlnitej lepenke – ktorá váži iba 160 libier (približne 73 kg) pre celý 2,4 metra hrubý tepelný štít.
Pena je tiež najdôležitejšou štruktúrou tepelnej izolácie. Ale 97 % uhlíkovej bubliny tvorí vzduch, aby sa ďalej znížila hmotnosť vesmírnych sond. Samotný uhlík je tepelne vodivý a penová štruktúra tiež znamená, že sa neprenáša toľko tepla. Bubliny sa nedajú ľahko testovať, sú extrémne krehké. Je tu však ďalší problém. „Keď sa zahrejú, zhoria,“ povedal Abel. Horenie nie je vo vákuu veľký problém, ale zvyšný vzduch v teste spôsobí, že bubliny sa spália na drevené uhlie. Preto inžinieri z Národného laboratória Oak Ridge testovali tepelný štít z týchto uhlíkových pien na odolnosť voči vysokým teplotám pomocou vysokoteplotných plazmových oblúkových lámp. Samotná tepelná izolácia týchto uhlíkových pien nestačí na to, aby zaručila, že detektory budú fungovať pri požadovanej teplote. Pretože vo vesmíre nedochádza k rozptylu vzduchu, jediný spôsob, ako rozptyľovať teplo, je rozptyľovať svetlo a vyžarovať teplo vo forme fotónov. Preto je potrebná ďalšia ochranná vrstva: biela ochranná vrstva sa používa na odrážanie tepla a svetla.
Schéma štruktúry tepelného štítu solárneho detektora Parker
Za týmto účelom Laboratórium aplikovanej fyziky na Univerzite Johnsa Hopkinsa a Laboratórium pokročilých technológií na Whiting School of Engineering (Laboratórium pokročilých technológií na Whiting School Engineering na Univerzite Johnsa Hopkinsa) vytvorili tím expertov na super luxusné tepelnoizolačné nátery, ktorých výskum pokrýva vysokoteplotnú keramiku, chemické a plazmové striekanie náterov. Prostredníctvom ďalšieho testovania si tím nakoniec vybral bielu ochrannú vrstvu na báze oxidu hlinitého. Ochranná vrstva by však v prostredí s vysokou teplotou v dôsledku uhlíkovej reakcie zošedivela, preto inžinieri pridali do stredu vrstvu volfrámu, tenšiu ako vlasy, a umiestnili ju medzi tepelný štít a biely štít, aby sa zabránilo interakcii medzi týmito dvoma vrstvami. Pridali tiež nanodopujúce činidlo, aby štíty boli belšie a aby sa zabránilo tepelnej rozťažnosti častíc oxidu hlinitého. Dennis Nagle, hlavný výskumný inžinier v Centre pre systémové vedy a inžinierstvo, uviedol, že pri použití keramiky sa zvyčajne uprednostňuje pevný, pórovitý náter, ale materiál sa pri údere kladivom zlomí. Pri teplote, ktorej je Parker vystavený, sa hladký náter zlomí ako okno zasiahnuté kameňom. Preto aj pórovité nátery dokážu odolať tomuto extrémnemu prostrediu. Keď sa v pórovitých náteroch vyskytnú praskliny, zastavia sa, keď dosiahnu póry. Náter pozostáva z niekoľkých hrubozrnných vrstiev – dostatočne veľkých na to, aby skupina keramických častíc mohla odrážať chýbajúce svetlo z inej vrstvy.
Čas uverejnenia: 15. augusta 2018