Parker Solar Probe: stiinta din spatele acestei misiuni

Noutati
Parker Solar Probe

Credit: NASA

Duminica (12.08.2018), la ora 3:31 am EDT (10.31, ora Romaniei), NASA a lansat misiunea Parker Solar Probe. Lansata cu ajutorul celei mai puternice rachete a United Launch Alliance  – Delta IV Heavy – de la Cape Canaveral Air Force Station, complexul 37, sonda Parker va calatori catre Soare in urmatoarele luni si va incepe sa transmita primele date stiintifice in luna decembrie a acestui an.

De marimea unui autovehicul mediu, Parker Solar Probe este prima sonda care se va apropia la “numai” 6.11 milioane km si va oferi detalii despre miscarile energiei solare, felul in care se formeaza vantul solar si ce anume accelereaza aceste vanturi.

Dar cum au reusit oamenii de stiinta sa creeze acesta sonda, astfel incat sa reziste mediului extrem in care va opera?

Daca pana acum, principala problema o constituia frigul din spatiu, acum a aparut una situata la polul opus: caldura excesiva. Pentru a intelege modul in care instrumentele de la bord sunt protejate, trebuie sa intelegem mai intai conceptele de caldura si temperatura. Contrar asteptarilor, un mediu cu temperatura ridicata nu inseamna neaparat incalzirea crescuta a unui obiect din mediul respectiv? De ce? Prin temperatura masuram cat de repede se misca particulele, in timp ce prin caldura masuram cantitatea de energie pe care o transfera acestea catre un corp. Aproape de Soare, particulele se misca foarte repede (temperatura ridicata), dar cum spatiu este intr-o foarte mare masura gol, densitatea acestor particule este foarte mica, deci exista un transfer mic de caldura catre sonda spatiala.

Pentru a feri sonda de radiatia solara si implicit, de energia termica generata de aceasta, cercetatorii au creat un scut termic format din mai multe straturi de carbon, cu o structura buretoasa la interior, in care este “prins” aer. Pe exterior, scutul este vopsit cu o vopsea ceramica de culoare alba, pentru a reflecta radiatia. Astfel, scutul este foarte usor si la o grosime de 115 mm ofera o protectie termica excelenta iar calculele arata ca, la apropierea maxima de  Soare, scutul va atinge la exterior maxim 1.400 gr.C, in timp ce la interior temperatura nu va depasi 30 gr.C.

In materialul video de mai jos puteti viziona cum functioneaza si cat de eficient este acest scut termic dezvoltat in cadrul Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.

Dar nu toate echipamentele sunt protejate de scutul termic. Pentru a putea face toate masuratorile de care au nevoie oamenii de stiinta, sistemul care masoara fluxul de electroni si ioni in vantul solar, trebuie sa fie situat chiar in “bataia” acestuia. Acest senzor, cunoscut sub denumirea de Faraday Cup, are cupa formata din mai multe straturi dintr-un aliaj de molybdenum (Titanium-Zirconium-Molybdenum), care are punctul de topire la 2.349 gr.C. Sita metalica care genereaza campul electric necesar senzorului este confectionata din tungsten, care are punctul de topire la 3.422 gr.C.

O alta provocare a fost constituita de cablurile electrice – mojoritatea cablurilor se topesc la o temperatura mult mai mica decat cea in care isi desfasoara sonda activitatea. Pentru a rezolva aceasta problema, cercetatorii au dezvoltat niste tuburi din cristal de safir prin care au introdus firele realizate din niobium.

Pentru a se convinge ca acest senzor va rezista conditiilor dure din apropierea Soarelui, oamenii de stiinta l-au testat in cel mai mare furnal solar din lume (Odeillo Solar Furnace) situat in sudul Frantei, care, cu ajutorul energiei solare poate creste temperatura in mediul de test in cateva secunde pana la 3.200 gr.C.

O alta idee inovatoare o constituie felul in care sistemul de panouri fotovoltaice – care genereaza energia necesara sondei ca sa functioneze – sunt racite si pe masura ce sonda se apropie de Soare, sunt retrase din ce in ce mai mult in spatele scutului termic, lasand doar cate o mica suprafata expusa razelor solare.

Sistemul de racire este unul simplu si foarte eficient:
– un vas incalzit in care agentul de racire este protejat impotriva inghetului in timpul decolarii,
– cate o retea de tuburi in spatele panourilor fotovoltaice pentru racirea acestora, prin care circula agentul termic,
– doua radiatoare pentru racirea agentului termic,
– doua pompe pentru recircularea agentului termic.

Agentul termic folosit este apa deionizata. Este printre putinele lichide care suporta variatii de temperatura de la 10 gr.C la 125 gr.C. Pentru a-i creste punctul de fierbere, presiunea din sistem a fost crescuta pentru ca punctul de fierbere al apei sa fie mai sus de 130 gr.C.

Fiind vorba despre o misiune catre Soare, odata cu apropierea de acesta, fiecare eroare poate fi fatala si fractiunile de secunda pot face diferenta intre esec si succes. Asadar, sonda trebuie sa fie capabila sa se autoghideze, fara a astepta comenzile operatorilor din centrul de comanda, comenzi care ar avea nevoie de pana la 8 minute pentru a fi receptionate. Pentru a raspunde acestui deziderat a fost gasita o solutie foarte simpla. Pe cele patru laterale ale sondei, in umbra scutului termic, a fost instalat cate un senzor de radiatie solara, astfel incat, in momentul in care sonda deviaza de la traseu si radiatia solara ajunge direct pe unul dintre senzori, traiectoria este modificata pana cand toti cei patru senzori intra la loc, in conul de umbra al scutului termic.

In urmatoarele trei luni, sonda va calatori catre Soare, unde se va inscrie pe o orbita situata la aproximativ 6.11 milioane km fata de astru si in urmatorii cinci ani va efectua 24 de ratatii in jurul acestuia.

Written by Adrian Z.