Il 12 agosto, alle 15:31 (ora di Pechino), il rilevatore solare Parker (sonda solare Parker) della base aeronautica di Cape Canaveral è stato lanciato dai razzi Delta 4 Heavy. Dopo un volo di 43 minuti, sebbene il periodo abbia subito un terzo livello di sospetta perdita di un momento emozionante, fortunatamente il massimo, il rilevatore Parker si è separato con successo dal razzo, ha messo piede sulla lunga strada verso il sole e ha così inaugurato un nuovo viaggio nell'esplorazione umana del Sole!
Rilevatore solare
Sito di lancio
Per stabilire un record mondiale e raggiungere il punto più vicino al Sole, è necessario trovare materiali in grado di resistere a temperature elevatissime senza precedenti. Si può affermare che senza un sistema di protezione termica (TPS), non esisterebbe Parker. Secondo il piano, Parker entrerà a 4 milioni di miglia dalla superficie del Sole (6,11 milioni di km). Per adattarsi a questo ambiente estremamente caldo, il rilevatore sarà dotato di uno scudo termico composito, la cui cupola resisterà al riverbero solare. Lo scudo termico non sarebbe stato possibile 10 anni fa.
Se fossi un satellite di 1 metro quadrato in orbita terrestre e l'energia del sole ti raggiungesse con circa 1350 watt, Parker sarebbe circa 25 volte più vicino di questa posizione, ovvero circa 850.000 watt di calore per metro quadrato. Se l'area venisse conteggiata, la sonda solare di Parker dovrebbe resistere a circa 3 milioni di watt di energia. Lo scudo termico del rilevatore è anche noto come sistema di protezione termica (TPS), costituito da due strati compositi rinforzati con carbonio e una schiuma di carbonio con un morsetto intermedio di circa 4,5 pollici (11,43 cm). Lo scudo termico rivolto verso il Sole ha anche uno speciale rivestimento bianco per riflettere il più possibile l'energia solare. Questo materiale è resistente a 2500 gradi Fahrenheit (circa 1371 °C) e garantisce che lo strumento funzioni a circa 85 gradi Fahrenheit (circa 30 °C).
"Se questo compito era stato svolto tra gli anni '60 e '70, anche se implementato negli anni '80, è possibile far volare metalli resistenti al calore", ha affermato Driesman. "Gli scienziati costruiranno un Jerdon metallico con un punto di fusione molto alto, ma non lo manderanno mai in cielo, perché il metallo è troppo pesante. A differenza della maggior parte delle fibre di carbonio commerciali, la loro struttura carbonio-carbonio non viene polimerizzata tramite resine indurenti, perché le resine indurite evaporano vicino al sole come l'olio sulle superfici stradali calde", ha affermato. Per realizzare lo scudo termico, la NASA riempie la resina con "fibra di carbonio tagliata", quindi indurisce la resina, la cuoce in un forno a 3.000 gradi e ripete il processo da 4 a 5 volte. "Alla fine otterrai la fibra di carbonio che ti avvolge. La struttura carbonio-carbonio di cui stiamo parlando è carbonio puro, privo di resine e altre sostanze. "I lati anteriore e posteriore dello scudo termico sono realizzati con questa piastra carbonio-carbonio, che, oltre a essere isolante, ha un'elevata resistenza meccanica." Due strati di fogli carbonio-carbonio sono sufficientemente sottili da piegarsi e persino sovrapporsi. Al centro di un materiale carbonio-carbonio a due strati, uno strato di circa 11,4 cm di schiuma di carbonio, ora generalmente utilizzata nel settore medico per creare ossa alternative. Il design a sandwich sostiene l'intera struttura, come il cartone ondulato, che pesa solo 73 kg per l'intero scudo termico spesso 2,4 metri.
La schiuma è anche la struttura più importante per la funzione di isolamento termico. Tuttavia, il 97% della bolla di carbonio è costituito da aria, per ridurre ulteriormente il peso delle sonde spaziali. Il carbonio stesso è termicamente conduttivo e la struttura della schiuma riduce anche la trasmissione di calore. Le bolle non sono facili da testare, sono estremamente fragili. Ma c'è un altro problema. "Quando si riscaldano, bruciano", ha affermato Abel. La combustione non è un grosso problema nel vuoto, ma l'aria rimanente nel test farà sì che le bolle si trasformino in carbone. Pertanto, gli ingegneri del National Oak Ridge Laboratory hanno utilizzato lampade ad arco al plasma ad alta temperatura per testare la resistenza alle alte temperature dello scudo termico di queste schiume di carbonio. Il solo isolamento termico di queste schiume di carbonio non è sufficiente a garantire che i rivelatori funzionino alla temperatura richiesta. Poiché nello spazio non c'è dissipazione d'aria, l'unico modo per dissipare il calore è diffondere la luce ed emettere calore sotto forma di fotoni. Pertanto, è necessario un ulteriore strato protettivo: uno strato protettivo bianco viene utilizzato per riflettere calore e luce.
Diagramma schematico della struttura dello scudo termico del Parker Solar Detector
A tal fine, l'Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University e l'Advanced Technology Laboratory della Whiting School of Engineering (Advanced Technology Laboratory della Johns Hopkins University, Whiting School Engineering) hanno formato un team di esperti in rivestimenti termoisolanti di lusso, con una copertura di ricerca di gruppo su ceramiche ad alta temperatura, rivestimenti chimici e rivestimenti a spruzzo al plasma. Dopo ulteriori test, il team ha infine scelto lo strato protettivo bianco a base di allumina. Tuttavia, lo strato protettivo sarebbe diventato grigio in un ambiente ad alta temperatura con una reazione al carbonio, quindi gli ingegneri hanno aggiunto uno strato di tungsteno al centro, più sottile di un capello, e lo hanno inserito tra lo scudo termico e lo scudo bianco per impedire l'interazione tra i due strati. Hanno anche aggiunto un agente nano-drogante per rendere gli scudi più bianchi e impedire l'espansione termica delle particelle di allumina. Dennis Nagle, ingegnere capo della ricerca presso il Center for Systems Science and Engineering, ha affermato che solitamente quando si utilizza la ceramica, si preferisce un rivestimento rigido e poroso, ma il materiale si rompe se colpito con un martello. Alla temperatura a cui è esposto il Parker, il rivestimento liscio si rompe come una finestra colpita da un sasso. Pertanto, anche i rivestimenti porosi possono resistere a questo ambiente estremo. Quando si verificano crepe nei rivestimenti porosi, queste si arrestano una volta raggiunti i pori. Il rivestimento è costituito da diversi strati granulari grossolani, sufficienti a consentire a un gruppo di particelle ceramiche di riflettere la luce mancante da un altro strato.
Data di pubblicazione: 15-08-2018