เวลาปักกิ่ง 12 ส.ค. 15:31 น. เครื่องตรวจจับดวงอาทิตย์ Parker Solar Probe ที่ฐานทัพอากาศเคปคานาเวอรัล ได้ทำการปล่อยจรวด SLC-37b ของเดลต้า 4 ลูก หลังจากบินเป็นเวลา 43 นาที แม้ว่าช่วงเวลาดังกล่าวจะเกิดการสูญเสียที่น่าสงสัยเป็นครั้งที่สามจากช่วงเวลาอันน่าตื่นเต้นนี้ แต่โชคดีที่พลาดอย่างหวุดหวิด เครื่องตรวจจับ Parker สามารถแยกตัวออกจากจรวดได้สำเร็จ และก้าวเข้าสู่เส้นทางอันยาวไกลสู่ดวงอาทิตย์ และเปิดการเดินทางครั้งใหม่แห่งการสำรวจดวงอาทิตย์ของมนุษย์!
เครื่องตรวจจับแสงอาทิตย์
เว็บไซต์เปิดตัว
เพื่อสร้างสถิติโลกในการเข้าถึงจุดที่ใกล้ที่สุดภายใต้ดวงอาทิตย์ ผู้คนจำเป็นต้องค้นหาวัสดุที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน อาจกล่าวได้ว่าหากไม่มีระบบป้องกันความร้อน (TPS) ก็จะไม่มี Parker ตามแผน Parker จะเข้าสู่ระยะ 4 ล้านไมล์จากพื้นผิวดวงอาทิตย์ (6.11 ล้านกิโลเมตร) เพื่อให้ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่ร้อนจัดนี้ เครื่องตรวจจับจะต้องมีโล่ป้องกันความร้อนแบบคอมโพสิต ส่วนโดมจะทนต่อแสงจ้าจากดวงอาทิตย์ โล่ป้องกันความร้อนนี้ไม่สามารถผลิตได้เมื่อ 10 ปีที่แล้ว
หากดาวเทียมของคุณมีขนาด 1 ตารางเมตรในวงโคจรของโลก และพลังงานของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 1,350 วัตต์จึงจะมาถึงคุณได้ แต่ Parker อยู่ใกล้กว่าตำแหน่งนี้ประมาณ 25 เท่า ซึ่งเท่ากับความร้อนประมาณ 850,000 วัตต์ต่อตารางเมตร หากนับพื้นที่แล้ว หัววัดแสงอาทิตย์ของ Parker จะต้องทนต่อพลังงานได้ประมาณ 3 ล้านวัตต์ แผ่นกันความร้อนของเครื่องตรวจจับเรียกอีกอย่างว่าระบบป้องกันความร้อน (TPS) ซึ่งประกอบด้วยชั้นคอมโพสิตเสริมคาร์บอนสองชั้นและโฟมคาร์บอนพร้อมแคลมป์กลางประมาณ 4.5 นิ้ว (11.43 ซม.) แผ่นกันความร้อนที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ยังมีการเคลือบสีขาวพิเศษเพื่อสะท้อนพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้ได้มากที่สุด วัสดุนี้ทนทานต่ออุณหภูมิ 2,500 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 1,371 องศาเซลเซียส) และช่วยให้เครื่องมือทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 85 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 30 องศาเซลเซียส)
“หากงานนี้อยู่ในช่วงทศวรรษที่ 60 ถึง 70 แม้กระทั่งเมื่อใช้งานในช่วงทศวรรษที่ 80 ก็เป็นไปได้ที่จะนำโลหะที่ทนความร้อนสูงขึ้นบินได้” Driesman กล่าว “นักวิทยาศาสตร์จะสร้างโลหะ Jerdon ที่มีจุดหลอมเหลวสูงมาก แต่จะไม่ส่งมันขึ้นสวรรค์ เพราะโลหะนั้นหนักเกินไป “ไม่เหมือนเส้นใยคาร์บอนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ โครงสร้างคาร์บอนต่อคาร์บอนของพวกมันไม่ได้ถูกทำให้เป็นพอลิเมอร์โดยเรซินที่แข็งตัว เนื่องจากเรซินที่แข็งตัวจะระเหยไปใกล้ดวงอาทิตย์เหมือนน้ำมันบนพื้นผิวถนนที่ร้อน” เขากล่าว เพื่อสร้างเกราะป้องกันความร้อน NASA จะเติมเรซินด้วย “เส้นใยคาร์บอนสับ” จากนั้นทำให้เรซินแข็งตัว อบในเตาอบที่อุณหภูมิ 3,000 องศา และทำซ้ำขั้นตอนนี้ 4 ถึง 5 ครั้ง “ในที่สุด คุณก็จะได้เส้นใยคาร์บอนที่พันรอบตัวคุณ โครงสร้างคาร์บอนต่อคาร์บอนที่เรากำลังพูดถึงคือคาร์บอนบริสุทธิ์ ปราศจากเรซินและสารอื่นๆ “ด้านหน้าและด้านหลังของแผ่นป้องกันความร้อนทำจากแผ่นคาร์บอน-คาร์บอน ซึ่งนอกจากจะเป็นฉนวนแล้วยังมีความแข็งแรงเชิงกลสูงมากอีกด้วย” แผ่นคาร์บอน-คาร์บอน 2 ชั้นมีความบางพอที่จะโค้งงอและทับซ้อนกันได้ ตรงกลางของวัสดุคาร์บอน-คาร์บอน 2 ชั้น จะมีชั้นโฟมคาร์บอนหนาประมาณ 4.5 นิ้ว ซึ่งปัจจุบันใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมการแพทย์เพื่อสร้างกระดูกทดแทน การออกแบบแบบแซนวิชช่วยค้ำยันโครงสร้างทั้งหมดให้เหมือนกระดาษลูกฟูก ซึ่งมีน้ำหนักเพียง 160 ปอนด์ (ประมาณ 73 กิโลกรัม) สำหรับแผ่นป้องกันความร้อนหนา 8 ฟุตทั้งหมด
โฟมยังเป็นโครงสร้างที่สำคัญที่สุดของฟังก์ชันฉนวนกันความร้อน แต่ 97% ของฟองคาร์บอนเป็นอากาศ เพื่อลดน้ำหนักของหัววัดในอวกาศต่อไป คาร์บอนเองเป็นสื่อนำความร้อน และโครงสร้างโฟมยังหมายความว่าไม่มีความร้อนที่ส่งผ่านมากนัก ฟองอากาศทดสอบได้ยาก พวกมันเปราะบางมาก แต่ยังมีปัญหาอีกประการหนึ่ง "เมื่อพวกมันร้อน พวกมันจะไหม้" "เอเบลกล่าว การเผาไหม้ไม่ใช่ปัญหาใหญ่ในสุญญากาศ แต่ลมที่เหลือในการทดสอบจะทำให้ฟองอากาศไหม้เป็นถ่าน ดังนั้น วิศวกรห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์จึงใช้หลอดพลาสม่าอาร์คอุณหภูมิสูงเพื่อทดสอบโล่ความร้อนของโฟมคาร์บอนที่ทนต่ออุณหภูมิสูงเหล่านี้ ฉนวนกันความร้อนของโฟมคาร์บอนเหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะรับประกันว่าเครื่องตรวจจับจะทำงานที่อุณหภูมิที่ต้องการ เนื่องจากไม่มีการกระจายอากาศในอวกาศ วิธีเดียวที่จะกระจายความร้อนคือการกระจายแสงและปล่อยความร้อนในรูปแบบของโฟตอน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีชั้นป้องกันอีกชั้นหนึ่ง: ใช้ชั้นป้องกันสีขาวเพื่อสะท้อนความร้อนและแสง
แผนผังโครงสร้างโล่ป้องกันความร้อนของเครื่องตรวจจับพลังงานแสงอาทิตย์ Parker
เพื่อจุดประสงค์นี้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮอปกินส์และห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีขั้นสูงของโรงเรียนวิศวกรรม Whiting (ห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีขั้นสูงในโรงเรียนวิศวกรรม Whiting ของมหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮอปกินส์) ได้จัดตั้งทีมผู้เชี่ยวชาญของทีมเคลือบฉนวนกันความร้อนระดับซูเปอร์ลักชัวรี โดยครอบคลุมการวิจัยเซรามิกทนอุณหภูมิสูง การเคลือบสารเคมี และการพ่นพลาสม่า จากการทดสอบเพิ่มเติม ในที่สุดทีมงานได้เลือกชั้นป้องกันสีขาวที่ทำจากอะลูมินา แต่ชั้นป้องกันจะกลายเป็นสีเทาในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงด้วยปฏิกิริยาของคาร์บอน ดังนั้นวิศวกรจึงเติมชั้นทังสเตนตรงกลางซึ่งบางกว่าเส้นผม และเคลือบไว้ระหว่างแผ่นป้องกันความร้อนและแผ่นป้องกันสีขาวเพื่อป้องกันการโต้ตอบระหว่างทั้งสองชั้น พวกเขายังเติมสารโดปนาโนเพื่อให้แผ่นป้องกันขาวขึ้นและป้องกันการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของอนุภาคอะลูมินา เดนนิส แนกเกิล วิศวกรวิจัยหัวหน้าที่ศูนย์วิทยาศาสตร์ระบบและวิศวกรรม กล่าวว่าโดยปกติแล้ว เมื่อใช้เซรามิก มักจะนิยมใช้การเคลือบแบบแข็งและมีรูพรุน แต่เมื่อใช้ค้อน วัสดุจะแตก ที่อุณหภูมิที่ Parker เผชิญ การเคลือบที่เรียบจะแตกออกเหมือนกระจกที่ถูกหินกระแทก ดังนั้น แม้แต่การเคลือบที่มีรูพรุนก็สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงนี้ได้ เมื่อเกิดรอยแตกร้าวในการเคลือบที่มีรูพรุน รอยแตกร้าวจะหยุดลงเมื่อไปถึงรูพรุน การเคลือบประกอบด้วยชั้นเม็ดหยาบหลายชั้น ซึ่งเพียงพอที่จะให้อนุภาคเซรามิกกลุ่มหนึ่งสะท้อนแสงที่ขาดหายไปจากชั้นอื่นได้
เวลาโพสต์ : 15 ส.ค. 2561