Как НАСА ще защити слънчевата сонда от луда топлина

В чест на метеорния поток този уикенд:ForVMМетеоритен дъжднещата са с 15% ОТСТЪПКА! Пазарувайте тук!


ОтТрейси Фогел/Университет Джон Хопкинс


Топлинен щит, който можете да изгорите с паялна лампа, докато не светне червено от едната страна и все още удобно докосва от другата, ще защити сондата на НАСА, летяща на разстояние до 6,4 милиона километра от повърхността на Слънцето.

Щитът е кулминацията на години на работа на инженерите за решаване на това, което те наричат ​​„термичен проблем“ на скорошния стартСлънчева сонда Parker.

„Топлинният проблем“ е стенографски начин за препращане към извънредните усложнения от рекордно гмуркане директно във външната атмосфера на нашата звезда или короната.




Докато сондата обикаля около Слънцето и записва данни с бордови инструменти, нейната система за термична защита ще предпази космическия кораб от топлина, по -интензивна, отколкото всеки космически кораб някога е изпитвал. В комбинация със система за охлаждане с водно захранване, системата за термична защита ще поддържа повечето от инструментите на сондата на около 85 градуса по Фаренхайт (29,4 градуса C)-еквивалент на хубав летен ден-докато самият TPS издържа на температура от 2500 градуса По Фаренхайт (1371 градуса C).

Без термозащитната система няма сонда.

Елизабет Абеле TPS термичен олово в лабораторията по приложна физика на Университета Джон Хопкинс. Тя каза:

Това беше технологията, която ни позволи да изпълним тази мисия - да й даде възможност да лети. Ще бъде невероятно вълнуващо да видите нещо, в което влагате много енергия и упорита работа, да видите как всъщност лети. Ще бъде голям ден.


Слънчев изследовател

Очаква се соларната сонда Parker да стартира в събота, 11 август 2018 г., от космическия център Кенеди в нос Канаверал. (Прозорецът за стартиране се отваря в събота, 11 август, и продължава до 23 август.)

По време на седемгодишната си мисия сондата ще изследва някои от най-големите загадки на Слънцето: Защо слънчевият вятър е бриз по-близо до слънцето, но свръхзвуков поток по-далеч? Защо самата корона е милиони градуси по -гореща от повърхността? Какви са механизмите зад изумително бързо движещите се слънчеви енергийни частици, които могат да пречат на космическите кораби, да нарушат комуникациите на Земята и да застрашат астронавтите?

Инженерите са прекарали повече от десетилетие в създаването на топлинен щит, за да отклонят най -лошата слънчева енергия. Предната и задната страна са изработени от листове въглерод-въглерод, лек материал с превъзходни механични свойства, особено подходящи за високи температури.


Концепцията на художника за космическия кораб Parker Solar Probe приближава слънцето. Мисията ще предостави нови данни за слънчевата активност и ще допринесе критично за способността ни да прогнозираме големи събития от космическото време, които влияят на живота на Земята. Изображение чрез НАСА.

На по-малко от една десета от инча двата листа въглерод-въглерод са достатъчно тънки, за да се огънат. Между тях има около 4,5 инча (11,4 см) въглеродна пяна, обикновено използвана в медицината за костно заместване. Този сандвич дизайн втвърдява всичко-като велпапе-като същевременно позволява на 8-футовия (2,4-метров) топлинен щит да тежи само около 160 паунда.

Самият въглерод провежда топлина, но въглеродната пяна е 97 процента въздух. Просто няма толкова много материал за преминаване на топлина. Топлинният щит ще бъде 2500 градуса по Фаренхайт (1371 градуса C) от страната, обърната към слънцето, но само 600 градуса по Фаренхайт (316 градуса C) отзад.

Дори впечатляващите свойства на разсейване на топлината на въглеродната пяна обаче не бяха достатъчни, за да поддържат космическия кораб при необходимата му температура. Тъй като няма въздух в космоса, който да осигури охлаждане, единственият начин материалът да изхвърли топлината е да разсейва светлината и да изхвърля топлината под формата на фотони. За това беше необходим друг слой защита: бяло покритие, което отразява топлината и светлината.

Работи, защото е „гадно“

След задълбочени тестове екипът се спря на покритие на базата на ярко бял алуминиев оксид. Това покритие обаче може да реагира при високи температури с въглерода на топлинния щит и да стане сиво, така че инженерите добавиха слой волфрам, по -тънък от кичур коса, между топлинния щит и покритието, за да попречат на двете да взаимодействат . Те добавиха добавки от наномащаб, за да направят покритието по -бяло и да инхибират разширяването на зърната от алуминиев оксид при излагане на топлина.

След това инженерите трябваше да определят как най -добре да създадат и нанесат покритието.

Изображение чрез Грег Стенли/Джон Хопкинс.

Денис Нагъл е главен инженер -изследовател в Центъра за системни науки и инженерство. Нагъл каза:

Цялото нещо се мъчеше да намери керамично покритие, което отразява светлината и излъчва топлината.

Обикновено при работа с емайл, казва Нагъл, се предпочита твърдо, непоресто покритие - такова, което ще се напука при удар с чук. Но при температурите, които ще изправят соларната сонда на Parker, гладко покритие ще се разбие като прозорец, ударен със скала.

Вместо това целта беше равномерно поресто покритие, което би издържало на екстремни условия. Когато пукнатините започнат в поресто покритие, те ще спрат, когато ударят пора. Няколко груби, зърнести слоя съставляват покритието - достатъчно, че един набор от керамични зърна би отразил светлината, която друг слой пропуска. Нагъл каза шеговито:

Винаги казвам на хората, че работи, защото е лошо покритие. Ако искате да направите добро покритие, то ще се провали.

След изстрелването на сондата, тя ще лети многократно покрай Венера, постепенно се приближава все по -близо до слънцето, далеч по -близо дори от Меркурий, най -вътрешната планета, която все още е най -близо до 45 милиона километра. При най -близко приближение космическият кораб ще пътува около Слънцето с около 430 000 мили / ч (692 000 км / ч).

В крайна сметка: Учените описват топлинния щит на сондата Parker Solar.

Университета на Джон Хопкинс