Giờ Bắc Kinh ngày 12 tháng 8, 3:31 chiều, máy dò Mặt trời Công viên Lịch sử (Parker Solar Probe) tại Căn cứ Không quân Cape Canaveral đã phóng bit phóng slc-37b bằng tên lửa hạng nặng Delta 4. Sau chuyến bay kéo dài 43 phút, mặc dù giai đoạn này đã trải qua một giai đoạn thứ ba bị nghi ngờ mất khoảnh khắc hồi hộp, may mắn thay là sự cố suýt xảy ra, máy dò Parker đã tách khỏi tên lửa thành công, đặt chân lên con đường dài đến mặt trời, và do đó mở ra hành trình mới của con người khám phá mặt trời!
Máy dò mặt trời
Trang web khởi chạy
Để tạo nên kỷ lục thế giới về việc tiếp cận điểm gần nhất trong mặt trời, con người phải tìm ra những vật liệu có thể chịu được mức nhiệt độ cực cao chưa từng có. Có thể nói rằng nếu không có hệ thống bảo vệ nhiệt (TPS) thì không có Parker. Theo kế hoạch, Parker sẽ đi vào cách bề mặt mặt trời 4 triệu dặm (6,11 triệu km). Để thích nghi với môi trường cực nóng này, máy dò sẽ mang một tấm chắn nhiệt composite, mái vòm sẽ chịu được ánh sáng chói từ mặt trời. Tấm chắn nhiệt không thể được chế tạo cách đây 10 năm.
Nếu bạn là một vệ tinh 1 mét vuông trên quỹ đạo Trái đất, và năng lượng của mặt trời là khoảng 1350 watt để đến được bạn, nhưng Parker gần hơn khoảng 25 lần so với vị trí này, tức là khoảng 850.000 watt nhiệt trên một mét vuông. Nếu tính cả diện tích, đầu dò năng lượng mặt trời của Parker phải chịu được khoảng 3 triệu watt năng lượng. Tấm chắn nhiệt của máy dò cũng được gọi là hệ thống bảo vệ nhiệt (TPS), bao gồm hai lớp composite tăng cường carbon và một lớp bọt carbon có kẹp trung gian dài khoảng 4,5 inch (11,43cm). Tấm chắn nhiệt hướng về phía Mặt trời cũng có lớp phủ màu trắng đặc biệt để phản xạ năng lượng từ mặt trời nhiều nhất có thể. Vật liệu này có khả năng chịu được nhiệt độ 2.500 độ F (khoảng 1371 ℃) và đảm bảo rằng thiết bị hoạt động ở nhiệt độ khoảng 85 độ F (khoảng 30 ℃).
"Nếu nhiệm vụ này diễn ra vào những năm 60 đến 70, ngay cả khi triển khai vào những năm 80, vẫn có thể bay bằng kim loại chịu nhiệt cao", Driesman cho biết. "Các nhà khoa học sẽ chế tạo một Jerdon bằng kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất cao, nhưng không bao giờ đưa nó lên thiên đường, vì kim loại quá nặng. "Không giống như hầu hết các sợi carbon thương mại, cấu trúc carbon-carbon của chúng không được trùng hợp bằng nhựa cứng vì nhựa cứng bốc hơi gần mặt trời giống như dầu trên bề mặt đường nóng", ông cho biết. Để tạo ra tấm chắn nhiệt, NASA đổ đầy nhựa bằng "sợi carbon cắt nhỏ", sau đó làm cứng nhựa, nung trong lò ở nhiệt độ 3.000 độ và lặp lại quy trình này từ 4 đến 5 lần. "Cuối cùng, bạn sẽ có được sợi carbon quấn quanh người. Cấu trúc carbon-carbon mà chúng ta đang nói đến là carbon nguyên chất, không chứa nhựa và các chất khác. "Mặt trước và mặt sau của tấm chắn nhiệt được làm bằng tấm carbon-carbon này, ngoài việc cách nhiệt, tấm này còn có độ bền cơ học rất cao". 2 lớp tấm carbon-carbon mỏng đủ để uốn cong và thậm chí chồng lên nhau. Ở giữa vật liệu carbon-carbon hai lớp, một lớp bọt carbon dày khoảng 4,5 inch, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngành y tế để tạo ra xương thay thế. Thiết kế bánh sandwich chống đỡ toàn bộ cấu trúc giống như bìa cứng gợn sóng, chỉ nặng 160 pound (khoảng 73kg) cho toàn bộ tấm chắn nhiệt dày 8 feet.
Bọt cũng là cấu trúc quan trọng nhất của chức năng cách nhiệt của tấm chắn nhiệt. Nhưng 97% bong bóng carbon là không khí, để giảm thêm trọng lượng của các đầu dò không gian. Bản thân carbon có tính dẫn nhiệt và cấu trúc bọt cũng có nghĩa là không có quá nhiều nhiệt để truyền đi. Bong bóng không dễ kiểm tra, chúng cực kỳ giòn. Nhưng có một vấn đề khác. "Khi chúng nóng lên, chúng sẽ cháy." Abel nói. Cháy không phải là vấn đề lớn trong chân không, nhưng không khí còn lại trong thử nghiệm sẽ khiến các bong bóng cháy xém thành than. Do đó, các Kỹ sư Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge đã sử dụng đèn hồ quang plasma nhiệt độ cao để kiểm tra khả năng chịu nhiệt độ cao của tấm chắn nhiệt của bọt carbon này. Chỉ riêng khả năng cách nhiệt của những bọt carbon này là không đủ để đảm bảo rằng các máy dò sẽ hoạt động ở nhiệt độ yêu cầu. Vì không có sự tản nhiệt bằng không khí trong không gian, nên cách duy nhất để tản nhiệt là tán xạ ánh sáng và phát ra nhiệt dưới dạng photon. Do đó, cần có một lớp bảo vệ khác: một lớp bảo vệ màu trắng được sử dụng để phản xạ nhiệt và ánh sáng.
Sơ đồ cấu trúc tấm chắn nhiệt của Parker Solar Detector
Để đạt được mục đích này, Phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng tại Đại học Johns Hopkins và Phòng thí nghiệm Công nghệ tiên tiến của Trường Kỹ thuật Whiting (Phòng thí nghiệm Công nghệ tiên tiến thuộc Trường Kỹ thuật Whiting của Đại học Johns Hopkins) đã thành lập một nhóm các nhóm chuyên gia về lớp phủ cách nhiệt siêu sang trọng, với phạm vi nghiên cứu của nhóm về gốm chịu nhiệt độ cao, lớp phủ phun hóa chất và plasma. Thông qua các thử nghiệm tiếp theo, cuối cùng nhóm đã chọn lớp bảo vệ màu trắng dựa trên alumina. Nhưng lớp bảo vệ sẽ bị xám trong môi trường nhiệt độ cao với phản ứng cacbon, vì vậy các kỹ sư đã thêm một lớp vonfram vào giữa, mỏng hơn tóc và được phủ giữa lớp chắn nhiệt và lớp chắn màu trắng để ngăn chặn sự tương tác giữa hai lớp. Họ cũng thêm một tác nhân nano-doping để làm cho lớp chắn trắng hơn và ngăn chặn sự giãn nở nhiệt của các hạt alumina. Dennis Nagle, kỹ sư nghiên cứu trưởng tại Trung tâm Khoa học và Kỹ thuật Hệ thống, cho biết thông thường khi sử dụng gốm, lớp phủ xốp, cứng được ưa chuộng, nhưng vật liệu này sẽ vỡ khi bị búa đập vào. Ở nhiệt độ mà Parker phải đối mặt, lớp phủ mịn sẽ vỡ như cửa sổ bị đá đập. Do đó, ngay cả lớp phủ xốp cũng có thể chịu được môi trường khắc nghiệt này. Khi các vết nứt xuất hiện trong lớp phủ xốp, các vết nứt sẽ dừng lại khi chúng chạm đến các lỗ rỗng. Lớp phủ bao gồm một số lớp hạt thô - đủ để cho phép một nhóm các hạt gốm phản xạ ánh sáng bị mất từ lớp khác.
Thời gian đăng: 15-08-2018