Den 12 augusti, klockan 15:31 i Peking, sköts den historiska Park Sun-detektorn (Parker Solar Probe) upp vid Cape Canaveral Air Force Base, en slc-37b-uppskjutning, av en tung Delta 4-raket. Efter en 43 minuter lång flygning, trots att perioden misstänktes ha förlorat det spännande ögonblicket på en tredje nivå, lyckades Parker-detektorn, satte sin fot på den långa vägen till solen och öppnade därmed den nya resan för mänsklig utforskning av solen!
Soldetektor
Lanseringsplats
För att slå ett världsrekord för att nå närmaste punkt i solen måste man hitta material som kan motstå oöverträffade nivåer av ultrahöga temperaturer. Man kan säga att om det inte finns något termiskt skyddssystem (TPS), finns det ingen Parker. Enligt planen kommer Parker att befinna sig 6,11 miljoner km från solytan. För att anpassa sig till denna extremt heta miljö kommer detektorn att bära en kompositvärmesköld, kupolen kommer att motstå bländning från solen. Värmeskölden kunde inte ha tillverkats för 10 år sedan.
Om du är en satellit på 1 kvadratmeter i omloppsbana runt jorden, och solens energi är cirka 1350 watt för att nå dig, är Parker ungefär 25 gånger närmare än denna position, vilket är cirka 850 000 watt värme per kvadratmeter. Om arean räknas måste Parkers solsond motstå cirka 3 miljoner watt energi. Detektorns värmesköld är också känd som Thermal Protection System (TPS), som består av två kolförstärkta kompositlager och ett kolskum med en mellanliggande klämma på cirka 11,43 cm. Värmeskölden som är vänd mot solen har också en speciell vit beläggning för att reflektera solens energi så mycket som möjligt. Detta material är motståndskraftigt mot 2 500 grader Fahrenheit (cirka 1371 ℃) och säkerställer att instrumentet arbetar vid cirka 30 ℃.
"Om den här uppgiften utfördes på 60- till 70-talen, även när den användes på 80-talet, är det möjligt att flyga med högvärmebeständiga metaller", sa Driesman. "Forskare kommer att bygga en metallisk Jerdon med en mycket hög smältpunkt, men skicka den aldrig till himlen, eftersom metallen är för tung. Till skillnad från de flesta kommersiella kolfibrer polymeriseras inte deras kol-kol-struktur av härdande hartser eftersom härdade hartser avdunstar nära solen som olja på heta vägytor", sa han. För att tillverka värmeskölden fyller NASA hartset med "hackad kolfiber", härdar sedan hartset, bakar det i en 3 000-graders ugn och upprepar processen 4 till 5 gånger. "Så småningom får du kolfibern som är lindad runt dig. Kol-kol-strukturen vi pratar om är rent kol, fri från hartser och andra ämnen. Fram- och baksidorna av värmeskölden är gjorda av denna kol-kol-platta, som, förutom att vara isolerad, har en mycket stark mekanisk hållfasthet." Två lager kol-kol-ark är tillräckligt tunna för att böjas och till och med överlappa varandra. Mitt i ett tvåskiktat kol-kol-material finns ett lager av cirka 11 cm kolskum, vilket nu allmänt används inom medicinsk industri för att skapa alternativa ben. Sandwichdesignen stöttar upp hela strukturen – som liknar wellpapp – som bara väger cirka 73 kg för hela den 2,4 meter tjocka värmeskölden.
Skum är också den viktigaste strukturen för värmesköldisolering. Men 97 % av kolbubblan består av luft, för att ytterligare minska rymdsondernas vikt. Kolet i sig är värmeledande, och skumstrukturen gör också att det inte finns så mycket värme att överföra. Bubblor är inte lätta att testa, de är extremt spröda. Men det finns ett annat problem. "När de blir varma brinner de", sa Abel. Förbränning är inte ett stort problem i vakuum, men den kvarvarande luften i testet kommer att få bubblorna att bränna till träkol. Därför använde ingenjörer vid National Oak Ridge Laboratory högtemperaturplasmabåglampor för att testa värmeskölden hos dessa kolskum för hög temperaturbeständighet. Värmeisoleringen hos dessa kolskum ensamma är inte tillräcklig för att garantera att detektorerna fungerar vid önskad temperatur. Eftersom det inte finns någon luftavledning i rymden är det enda sättet att avleda värme att sprida ljus och avge värme i form av fotoner. Därför behövs ett annat skyddande lager: ett vitt skyddande lager används för att reflektera värme och ljus.
Schematiskt diagram över Parker Solar Detectors termiska sköldstruktur
För detta ändamål har Applied Physics Laboratory vid Johns Hopkins University och Advanced Technology Laboratory vid Whiting School of Engineering (Advanced Technology Laboratory vid Johns Hopkins Universitys Whiting School of Engineering) bildat ett team av experter inom superlyxiga värmeisolerande beläggningar, med forskning inom högtemperaturkeramik, kemiska beläggningar och plasmasprutbeläggningar. Genom ytterligare tester valde teamet slutligen ett vitt skyddslager baserat på aluminiumoxid. Men det skyddande lagret skulle bli grått i en högtemperaturmiljö med en kolreaktion, så ingenjörerna lade till ett lager volfram i mitten, tunnare än håret, och belagde det mellan värmeskölden och den vita skölden för att förhindra interaktion mellan de två lagren. De tillsatte också ett nanodopningsmedel för att göra sköldarna vitare och förhindra termisk expansion av aluminiumoxidpartiklarna. Dennis Nagle, chefsforskningsingenjör vid Center for Systems Science and Engineering, sa att vanligtvis när man använder keramik föredras en styv, porös beläggning, men materialet går sönder när det slås med en hammare. Vid den temperatur som Parker utsätts för går den släta beläggningen sönder som ett stenslag på ett fönster. Därför kan även porösa beläggningar motstå denna extrema miljö. När sprickor uppstår i porösa beläggningar, slutar sprickorna när de når porerna. Beläggningen består av flera grovkorniga lager – tillräckligt för att en grupp keramiska partiklar ska kunna reflektera det saknade ljuset från ett annat lager.
Publiceringstid: 15 augusti 2018