Este verano, la sonda Parker Solar de la NASA se lanzará para viajar más cerca del Sol, más profundamente en la atmósfera solar, que cualquier misión anterior. Si la Tierra estaba en un extremo de un palo de jardín y el Sol en el otro, Parker SolarLa sonda llegará a menos de cuatro pulgadas de la superficie solar.
Dentro de esa parte de la atmósfera solar, una región conocida como corona, la Sonda Solar Parker proporcionará observaciones sin precedentes de lo que impulsa la amplia gama de partículas, energía y calor que atraviesan la región, arrojando partículas hacia el sistema solary mucho más allá de Neptuno.
Dentro de la corona, por supuesto, también hace un calor inimaginable. La nave espacial viajará a través de material con temperaturas superiores a un millón de grados Fahrenheit mientras es bombardeada con intensa luz solar.
Entonces, ¿por qué no se derrite?
Parker Solar Probe ha sido diseñado para soportar las condiciones extremas y las fluctuaciones de temperatura para la misión. La clave radica en su escudo térmico personalizado y un sistema autónomo que ayuda a proteger la misión de la intensa emisión de luz del Sol, pero permite el material coronalpara "tocar" la nave espacial.
La ciencia detrás de por qué no se derretirá
Una clave para entender lo que mantiene a la nave espacial y sus instrumentos seguros es comprender el concepto de calor versus temperatura. Contraintuitivamente, las altas temperaturas no siempre se traducen en calentar realmente otro objeto.
En el espacio, la temperatura puede ser de miles de grados sin proporcionar calor significativo a un objeto determinado o sentirse caliente. ¿Por qué? La temperatura mide qué tan rápido se mueven las partículas, mientras que el calor mide la cantidad total de energía que transfieren. Las partículas pueden estar moviéndoserápido alta temperatura, pero si hay muy pocos de ellos, no transferirán mucha energía calor bajo. Dado que el espacio está mayormente vacío, hay muy pocas partículas que puedan transferir energía a la nave espacial.
La corona a través de la cual vuela la sonda solar Parker, por ejemplo, tiene una temperatura extremadamente alta pero muy baja densidad. Piense en la diferencia entre meter la mano en un horno caliente y ponerla en una olla de agua hirviendo no intente¡esto en casa!: en el horno, su mano puede soportar temperaturas significativamente más altas durante más tiempo que en el agua donde tiene que interactuar con muchas más partículas.De manera similar, en comparación con la superficie visible del Sol, la corona es menos densa, por lo que la nave espacial interactúa con menos partículas calientes y no recibe tanto calor.
Eso significa que mientras Parker Solar Probe viajará a través de un espacio con temperaturas de varios millones de grados, la superficie del escudo térmico que enfrenta al Sol solo se calentará a unos 2,500 grados Fahrenheit aproximadamente 1,400 grados Celsius.
El escudo que lo protege
Por supuesto, miles de grados Fahrenheit todavía están fantásticamente calientes. En comparación, la lava de las erupciones de los volcanes puede estar entre 1.300 y 2.200 F 700 y 1.200 C y para resistir ese calor, la sonda solar Parker utiliza un calorescudo conocido como el Sistema de Protección Térmica, o TPS, que tiene 8 pies 2.4 metros de diámetro y 4.5 pulgadas aproximadamente 115 mm de grosor. Esas pocas pulgadas de protección significan que justo al otro lado del escudo, el cuerpo de la nave espacialse sentará a una cómoda 85 F 30 C.
El TPS fue diseñado por el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins, y se construyó en Carbon-Carbon Advanced Technologies, utilizando una espuma de compuesto de carbono intercalada entre dos placas de carbono. Este aislamiento liviano irá acompañado de un toque final de pintura cerámica blanca sobrela placa orientada al sol, para reflejar la mayor cantidad de calor posible. Probado para soportar hasta 3,000 F 1,650 C, el TPS puede manejar cualquier calor que el Sol pueda enviar, manteniendo casi toda la instrumentación segura.
La copa que mide el viento
Pero no todos los instrumentos de la sonda Solar Parker estarán detrás del TPS.
sobresaliendo del escudo térmico, la Copa de la sonda solar es uno de los dos instrumentos en la sonda solar Parker que no estará protegida por el escudo térmico. Este instrumento es lo que se conoce como una copa Faraday, un sensor diseñado para medir el ion yLos flujos de electrones y los ángulos de flujo del viento solar. Debido a la intensidad de la atmósfera solar, se tuvieron que diseñar tecnologías únicas para garantizar que no solo el instrumento pueda sobrevivir, sino que también la electrónica a bordo pueda enviar lecturas precisas.
La copa está hecha de láminas de titanio-circonio-molibdeno, una aleación de molibdeno, con un punto de fusión de aproximadamente 4,260 F 2,349 C. Las astillas que producen un campo eléctrico para la copa de la sonda solar están hechas de tungsteno, un metal con el punto de fusión más alto conocido de 6,192 F 3,422 C. Normalmente se usan láseres para grabar las líneas de la rejilla en estos chips, sin embargo, debido al alto punto de fusión, el ácido tuvo que usarse en su lugar.
Otro desafío llegó en forma de cableado electrónico: la mayoría de los cables se derretirían por la exposición a la radiación de calor tan cerca del Sol. Para resolver este problema, el equipo cultivó tubos de cristal de zafiro para suspender el cableado e hizo elcables de niobio.
Para asegurarse de que el instrumento estuviera listo para el entorno hostil, los investigadores debían imitar la intensa radiación de calor del Sol en un laboratorio. Para crear un nivel de calor digno de prueba, los investigadores utilizaron un acelerador de partículas y proyectores IMAX - jurado- proyectado para aumentar su temperatura. Los proyectores imitaron el calor del Sol, mientras que el acelerador de partículas expuso la copa a la radiación para asegurarse de que la copa pudiera medir las partículas aceleradas bajo condiciones intensas. Para estar absolutamente seguro de que la Copa de Sonda Solar resistiríaEn el ambiente hostil, se utilizó el Horno Solar Odeillo, que concentra el calor del Sol a través de 10,000 espejos ajustables, para probar la copa contra la intensa emisión solar.
La Solar Probe Cup pasó sus pruebas con gran éxito; de hecho, continuó funcionando mejor y dio resultados más claros cuanto más tiempo estuvo expuesta a los entornos de prueba. "Creemos que la radiación eliminó cualquier contaminación potencial", Justin Kasper, directorinvestigador de los instrumentos SWEAP de la Universidad de Michigan en Ann Arbor, dijo: "Básicamente se limpió solo".
La nave espacial que mantiene la calma
Varios otros diseños en la nave espacial mantienen la Sonda Solar Parker protegida del calor. Sin protección, los paneles solares, que usan energía de la misma estrella que se está estudiando para alimentar la nave espacial, pueden sobrecalentarse. En cada aproximación al Sol,los paneles solares se retraen detrás de la sombra del escudo térmico, dejando solo un pequeño segmento expuesto a los intensos rayos del sol.
Pero tan cerca del Sol, se necesita aún más protección. Los paneles solares tienen un sistema de enfriamiento sorprendentemente simple: un tanque calentado que evita que el refrigerante se congele durante el lanzamiento, dos radiadores que evitarán que el refrigerante se congele, aletas de aluminio paramaximiza la superficie de enfriamiento y bombea para hacer circular el refrigerante. El sistema de enfriamiento es lo suficientemente potente como para enfriar una sala de estar de tamaño promedio, y mantendrá los paneles solares y la instrumentación frescos y funcionando mientras están bajo el calor del sol.
¿El refrigerante utilizado para el sistema? Aproximadamente un galón 3,7 litros de agua desionizada. Si bien existen muchos refrigerantes químicos, el rango de temperaturas a las que estará expuesta la nave espacial varía entre 50 F 10 C y 257 F 125C. Muy pocos líquidos pueden manejar esos rangos como el agua. Para evitar que el agua hierva en el extremo más alto de las temperaturas, se presurizará de modo que el punto de ebullición supere los 257 F 125 C.
Otro problema con la protección de cualquier nave espacial es descubrir cómo comunicarse con ella. Parker Solar Probe estará en gran parte solo en su viaje. Tardará ocho minutos en llegar a la Tierra, lo que significa que si los ingenieros tuvieran que controlar la nave espacial desde la Tierra, poren el momento en que algo salió mal, sería demasiado tarde para corregirlo.
Entonces, la nave espacial está diseñada para mantenerse autónomamente segura y encaminada hacia el Sol. Varios sensores, aproximadamente la mitad del tamaño de un teléfono celular, están unidos al cuerpo de la nave espacial a lo largo del borde de la sombra del escudo térmicoSi alguno de estos sensores detecta la luz solar, alertan a la computadora central y la nave espacial puede corregir su posición para mantener los sensores y el resto de los instrumentos protegidos de manera segura. Todo esto tiene que suceder sin intervención humana, por lo que la computadora centralEl software ha sido programado y probado exhaustivamente para garantizar que todas las correcciones se puedan hacer sobre la marcha.
Lanzándose hacia el sol
Después del lanzamiento, Parker Solar Probe detectará la posición del Sol, alineará el escudo de protección térmica para enfrentarlo y continuará su viaje durante los próximos tres meses, abrazando el calor del Sol y protegiéndose del frío vacío del espacio.
En el transcurso de siete años de duración de la misión planificada, la nave espacial hará 24 órbitas de nuestra estrella. En cada aproximación cercana al Sol, tomará muestras del viento solar, estudiará la corona del Sol y proporcionará observaciones de cerca sin precedentesnuestra estrella, y armado con su gran cantidad de tecnologías innovadoras, sabemos que se mantendrá fresco todo el tiempo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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