Waktu Beijing, 12 Agustus, pukul 15.31, detektor Matahari Taman Bersejarah (Parker Solar Probe) di Pangkalan Angkatan Udara Cape Canaveral SLC-37B diluncurkan oleh roket berat Delta 4. Setelah penerbangan selama 43 menit, meskipun periode tersebut mengalami kehilangan tingkat ketiga yang diduga sebagai momen mendebarkan, untungnya pada saat nyaris celaka, detektor Parker berhasil terpisah dari roket, memulai perjalanan panjang menuju matahari, dan dengan demikian membuka perjalanan baru eksplorasi manusia terhadap matahari!
Detektor Matahari
Situs peluncuran
Untuk mencetak rekor dunia mencapai titik terdekat di bawah sinar matahari, manusia harus menemukan material yang mampu menahan suhu ultra-tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Dapat dikatakan bahwa tanpa sistem perlindungan termal (TPS), Parker tidak akan ada. Menurut rencana, Parker akan memasuki jarak 4 juta mil dari permukaan matahari (6,11 juta km). Agar dapat beradaptasi dengan lingkungan yang sangat panas ini, detektor akan dilengkapi pelindung panas komposit, dan kubahnya akan mampu menahan silau matahari. Pelindung panas ini mustahil dibuat 10 tahun yang lalu.
Jika Anda adalah satelit seluas 1 meter persegi di orbit Bumi, dan energi matahari sekitar 1350 watt untuk mencapai Anda, tetapi Parker sekitar 25 kali lebih dekat dari posisi ini, yaitu sekitar 850.000 watt panas per meter persegi. Jika area tersebut dihitung, wahana surya Parker harus menahan sekitar 3 juta watt energi. Pelindung panas detektor juga dikenal sebagai sistem Perlindungan Termal (TPS), yang terdiri dari dua lapisan komposit yang ditingkatkan karbon dan busa karbon dengan penjepit antara sekitar 4,5 inci (11,43 cm). Pelindung panas yang menghadap Matahari juga memiliki lapisan putih khusus untuk memantulkan energi dari matahari sebanyak mungkin. Bahan ini tahan terhadap 2.500 derajat Fahrenheit (sekitar 1371 ℃) dan memastikan instrumen beroperasi pada sekitar 85 derajat Fahrenheit (sekitar 30 ℃).
"Jika tugas ini dilakukan pada tahun 60-an hingga 70-an, bahkan ketika diterapkan pada tahun 80-an, logam tahan panas tinggi dapat diterbangkan," kata Driesman. "Para ilmuwan akan membangun Jerdon logam dengan titik leleh yang sangat tinggi, tetapi tidak pernah mengirimkannya ke surga, karena logamnya terlalu berat." "Tidak seperti kebanyakan serat karbon komersial, struktur karbon-karbonnya tidak dipolimerisasi oleh resin pengeras karena resin yang mengeras menguap di dekat matahari seperti minyak di permukaan jalan yang panas," katanya. Untuk membuat pelindung panas, NASA mengisi resin dengan "serat karbon cincang", kemudian mengeraskan resin, memanggangnya dalam oven bersuhu 3.000 derajat, dan mengulangi proses tersebut 4 hingga 5 kali. "Akhirnya Anda akan mendapatkan serat karbon yang melilit Anda. Struktur karbon-karbon yang kita bicarakan adalah karbon murni, bebas dari resin dan zat lainnya." Sisi depan dan belakang pelindung termal terbuat dari pelat karbon-karbon ini, yang selain terisolasi, juga memiliki kekuatan mekanis yang sangat kuat. Dua lapis lembaran karbon-karbon ini cukup tipis untuk ditekuk dan bahkan ditumpuk. Di tengah dua lapis material karbon-karbon tersebut terdapat lapisan busa karbon setebal sekitar 4,5 inci, yang kini umumnya digunakan dalam industri medis untuk membuat tulang alternatif. Desain sandwich menopang seluruh struktur—seperti karton bergelombang—yang beratnya hanya 160 pon (sekitar 73 kg) untuk keseluruhan pelindung panas setebal 8 kaki.
Busa juga merupakan struktur terpenting dari fungsi insulasi pelindung termal. Namun, 97% gelembung karbon adalah udara, yang bertujuan untuk mengurangi bobot wahana antariksa. Karbon itu sendiri bersifat konduktif termal, dan struktur busanya juga berarti tidak banyak panas yang dapat dihantarkan. Gelembung tidak mudah diuji, karena sangat rapuh. Namun, ada masalah lain. "Ketika panas, mereka terbakar," kata Abel. Pembakaran bukanlah masalah besar dalam ruang hampa, tetapi sisa udara dalam pengujian akan menyebabkan gelembung hangus menjadi arang. Oleh karena itu, para insinyur di Laboratorium Oak Ridge Nasional menggunakan lampu busur plasma suhu tinggi untuk menguji pelindung panas busa karbon ini yang tahan suhu tinggi. Isolasi termal busa karbon ini saja tidak cukup untuk menjamin detektor akan bekerja pada suhu yang dibutuhkan. Karena tidak ada disipasi udara di ruang angkasa, satu-satunya cara untuk menghilangkan panas adalah dengan menyebarkan cahaya dan memancarkan panas dalam bentuk foton. Oleh karena itu, diperlukan lapisan pelindung lain: lapisan pelindung putih digunakan untuk memantulkan panas dan cahaya.
Diagram skema struktur pelindung termal Parker Solar Detector
Untuk tujuan ini, Laboratorium Fisika Terapan di Universitas Johns Hopkins dan Laboratorium Teknologi Lanjutan di Whiting School of Engineering (Laboratorium Teknologi Lanjutan di Whiting School Engineering Universitas Johns Hopkins) telah membentuk tim ahli pelapis insulasi termal super mewah, dengan cakupan riset tim meliputi keramik suhu tinggi, pelapis kimia, dan pelapis penyemprotan plasma. Melalui pengujian lebih lanjut, tim akhirnya memilih lapisan pelindung putih berbahan dasar alumina. Namun, lapisan pelindung tersebut akan berwarna abu-abu di lingkungan suhu tinggi akibat reaksi karbon, sehingga para insinyur menambahkan lapisan tungsten di bagian tengah, yang lebih tipis dari rambut, dan melapisinya di antara pelindung panas dan pelindung putih untuk mencegah interaksi antara kedua lapisan. Mereka juga menambahkan agen nano-doping untuk membuat pelindung lebih putih dan mencegah pemuaian termal partikel alumina. Dennis Nagle, kepala insinyur peneliti di Pusat Sains dan Teknik Sistem, mengatakan bahwa biasanya ketika menggunakan keramik, lapisan yang kaku dan berpori lebih disukai, tetapi material tersebut akan pecah ketika dipukul dengan palu. Pada suhu yang dihadapi Parker, lapisan halusnya pecah seperti jendela yang terbentur batu. Oleh karena itu, lapisan berpori pun dapat bertahan dalam lingkungan ekstrem ini. Ketika retakan terjadi pada lapisan berpori, retakan tersebut berhenti ketika mencapai pori-pori. Lapisan ini terdiri dari beberapa lapisan granular kasar—cukup untuk memungkinkan sekelompok partikel keramik memantulkan cahaya yang hilang dari lapisan lain.
Waktu posting: 15-Agu-2018