Bepergian ke matahari: Mengapa Parker Probe Solar tidak akan meleleh?

Penelitian menemukan atmosfer dipenuhi bahan kimia penipis ozon - TomoNews (Juni 2019).

Anonim

Musim panas ini, NASA Solar Probe akan diluncurkan untuk melakukan perjalanan lebih dekat ke Matahari, lebih dalam ke atmosfer matahari, daripada misi sebelumnya. Jika Bumi berada di salah satu ujung tongkat-yard dan Matahari di sisi lain, Parker Solar Probe akan membuatnya menjadi empat inci dari permukaan matahari.

Di dalam bagian atmosfer matahari itu, sebuah wilayah yang dikenal sebagai korona, Parker Solar Probe akan memberikan pengamatan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang apa yang mendorong berbagai partikel, energi, dan panas yang tentu saja melintasi wilayah itu - melemparkan partikel keluar ke tata surya dan jauh melewati Neptunus.

Di dalam korona, itu juga, tentu saja, tidak terbayangkan panas. Pesawat ruang angkasa akan melakukan perjalanan melalui materi dengan suhu lebih dari satu juta derajat Fahrenheit sambil dibombardir dengan sinar matahari yang intens.

Jadi, mengapa tidak meleleh?

Parker Solar Probe telah dirancang untuk tahan terhadap kondisi ekstrim dan fluktuasi suhu untuk misi. Kuncinya terletak pada pelindung panas khusus dan sistem otonom yang membantu melindungi misi dari pancaran sinar matahari yang intens, tetapi memungkinkan material koronal untuk "menyentuh" ​​pesawat ruang angkasa.

Ilmu di Balik Mengapa Tidak Akan Meleleh

Salah satu kunci untuk memahami apa yang membuat pesawat luar angkasa dan instrumennya aman, adalah memahami konsep panas versus suhu. Secara kontinyu, suhu tinggi tidak selalu berarti benar-benar memanaskan objek lain.

Di ruang angkasa, suhu bisa ribuan derajat tanpa memberikan panas yang signifikan ke objek yang diberikan atau merasa panas. Mengapa? Suhu mengukur seberapa cepat partikel bergerak, sedangkan panas mengukur jumlah total energi yang ditransfernya. Partikel mungkin bergerak cepat (suhu tinggi), tetapi jika jumlahnya sangat sedikit, mereka tidak akan mentransfer banyak energi (panas rendah). Karena ruang sebagian besar kosong, ada sangat sedikit partikel yang dapat mentransfer energi ke pesawat ruang angkasa.

Korona yang dilalui Parker Solar Probe, misalnya, memiliki suhu yang sangat tinggi tetapi kepadatannya sangat rendah. Pikirkan perbedaan antara meletakkan tangan Anda di oven panas dibandingkan memasukkannya ke dalam panci berisi air mendidih (jangan coba ini di rumah!) - di dalam oven, tangan Anda dapat menahan suhu yang lebih panas secara signifikan lebih lama daripada di dalam air di mana itu harus berinteraksi dengan lebih banyak partikel. Demikian pula, dibandingkan dengan permukaan Matahari yang terlihat, korona kurang padat, sehingga pesawat ruang angkasa berinteraksi dengan lebih sedikit partikel panas dan tidak menerima banyak panas.

Itu berarti bahwa sementara Parker Solar Probe akan melakukan perjalanan melalui ruang dengan suhu beberapa juta derajat, permukaan perisai panas yang menghadap Matahari hanya akan dipanaskan hingga sekitar 2.500 derajat Fahrenheit (sekitar 1.400 derajat Celsius).

Perisai yang Melindunginya

Tentu saja, ribuan derajat Fahrenheit masih luar biasa panas. (Sebagai perbandingan, lava dari letusan gunung berapi bisa berada di antara 1.300 dan 2.200 F (700 dan 1.200 C) Dan untuk menahan panas itu, Parker Solar Probe menggunakan perisai panas yang dikenal sebagai Sistem Perlindungan Termal, atau TPS, yang merupakan 8 kaki (2, 4 meter) dengan diameter dan 4, 5 inci (sekitar 115 mm) tebal. Mereka beberapa inci perlindungan berarti bahwa hanya di sisi lain dari perisai, tubuh pesawat ruang angkasa akan duduk di 85 F yang nyaman (30 C).

TPS dirancang oleh Laboratorium Fisika Terapan Johns Hopkins, dan dibangun di Carbon-Carbon Advanced Technologies, menggunakan busa komposit karbon yang diapit di antara dua lempeng karbon. Isolasi ringan ini akan disertai dengan sentuhan akhir cat keramik putih pada pelat yang menghadap ke matahari, untuk memantulkan sebanyak mungkin panas. Diuji untuk menahan hingga 3.000 F (1.650 C), TPS dapat menangani panas apa pun yang dapat dikirimkan Matahari, menjaga hampir semua instrumentasi tetap aman.

Piala yang Mengukur Angin

Namun tidak semua instrumen Solar Parker Probe akan berada di belakang TPS.

Menempel di atas perisai panas, Solar Probe Cup adalah salah satu dari dua instrumen di Parker Solar Probe yang tidak akan dilindungi oleh perisai panas. Instrumen ini adalah apa yang dikenal sebagai cangkir Faraday, sebuah sensor yang dirancang untuk mengukur fluks ion dan elektron dan sudut aliran dari angin matahari. Karena intensitas atmosfer matahari, teknologi unik harus direkayasa untuk memastikan bahwa tidak hanya instrumen yang dapat bertahan, tetapi juga kapal elektronik dapat mengirim kembali pembacaan yang akurat.

Cangkir itu sendiri terbuat dari lembaran Titanium-Zirconium-Molybdenum, sebuah paduan molibdenum, dengan titik lebur sekitar 4.260 F (2.349 C). Chip yang menghasilkan medan listrik untuk Solar Probe Cup terbuat dari tungsten, logam dengan titik leleh tertinggi yang diketahui 6.192 F (3.422 C). Biasanya laser digunakan untuk menoreh garis grid pada chip ini — namun karena titik lelehnya yang tinggi harus digunakan sebagai gantinya.

Tantangan lain datang dalam bentuk kabel elektronik — kebanyakan kabel akan meleleh dari paparan radiasi panas pada jarak sedekat itu dengan Matahari. Untuk mengatasi masalah ini, tim mengembangkan tabung kristal safir untuk menangguhkan kabel, dan membuat kabel dari niobium.

Untuk memastikan instrumen siap untuk lingkungan yang keras, para peneliti perlu untuk meniru radiasi panas intens Matahari di laboratorium. Untuk menciptakan tingkat panas yang layak uji, para peneliti menggunakan akselerator partikel dan proyektor IMAX — yang dirancang untuk meningkatkan suhu mereka. Proyektor menirukan panasnya Matahari, sementara akselerator partikel memaparkan piala ke radiasi untuk memastikan cangkir dapat mengukur partikel yang dipercepat di bawah kondisi yang intens. Agar benar-benar yakin bahwa Solar Probe Cup akan tahan terhadap lingkungan yang keras, Odeillo Solar Furnace — yang memusatkan panas Matahari melalui 10.000 cermin yang dapat disesuaikan — digunakan untuk menguji cawan terhadap pancaran matahari yang intens.

The Solar Probe Cup lulus tesnya dengan warna terbang — memang, itu terus berkinerja lebih baik dan memberikan hasil yang lebih jelas semakin lama itu terkena lingkungan tes. "Kami pikir radiasi menghilangkan kontaminasi potensial, " Justin Kasper, peneliti utama untuk instrumen SWEAP di University of Michigan di Ann Arbor, mengatakan. "Pada dasarnya itu membersihkan dirinya sendiri."

Pesawat Ruang Angkasa Itu Tetap Dingin

Beberapa desain lain pada pesawat ruang angkasa membuat Parker Solar Probe terlindung dari panas. Tanpa perlindungan, panel surya - yang menggunakan energi dari bintang yang sedang dipelajari untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa - dapat menjadi terlalu panas. Pada setiap pendekatan ke Matahari, array surya menarik kembali bayangan perisai panas, menyisakan hanya segmen kecil yang terkena sinar matahari yang intens.

Tapi itu dekat dengan Matahari, bahkan lebih banyak perlindungan diperlukan. Array surya memiliki sistem pendinginan yang sangat sederhana: tangki yang dipanaskan yang menjaga pendingin dari pembekuan selama peluncuran, dua radiator yang akan menjaga pendingin dari pembekuan, sirip aluminium untuk memaksimalkan permukaan pendinginan, dan pompa untuk mengedarkan pendingin. Sistem pendingin cukup kuat untuk mendinginkan ruang tamu berukuran rata-rata, dan akan menjaga susunan matahari dan instrumentasi tetap dingin dan berfungsi saat berada di panas Matahari.

Pendingin yang digunakan untuk sistem? Sekitar satu galon (3, 7 liter) air deionisasi. Sementara banyak pendingin kimia ada, kisaran suhu pesawat ruang angkasa akan terkena bervariasi antara 50 F (10 C) dan 257 F (125 C). Sangat sedikit cairan yang bisa menangani rentang seperti air. Untuk menjaga agar air tidak mendidih pada suhu yang lebih tinggi, akan bertekanan sehingga titik didihnya lebih dari 257 F (125 C).

Masalah lain dengan melindungi pesawat luar angkasa adalah mencari tahu cara berkomunikasi dengannya. Parker Solar Probe sebagian besar akan sendirian dalam perjalanannya. Dibutuhkan cahaya delapan menit untuk mencapai Bumi — artinya jika para insinyur harus mengendalikan pesawat ruang angkasa dari Bumi, pada saat ada yang salah itu akan terlambat untuk memperbaikinya.

Jadi, pesawat ruang angkasa dirancang untuk secara mandiri menjaga dirinya aman dan di jalur ke Matahari. Beberapa sensor, sekitar setengah ukuran ponsel, melekat pada tubuh pesawat ruang angkasa di sepanjang tepi bayangan dari perisai panas. Jika salah satu dari sensor ini mendeteksi sinar matahari, mereka memperingatkan komputer pusat dan pesawat ruang angkasa dapat memperbaiki posisinya untuk menjaga sensor, dan sisa instrumen, terlindung dengan aman. Ini semua harus terjadi tanpa campur tangan manusia, sehingga perangkat lunak komputer pusat telah diprogram dan diuji secara ekstensif untuk memastikan semua koreksi dapat dilakukan dengan cepat.

Peluncuran menuju Matahari

Setelah peluncuran, Parker Solar Probe akan mendeteksi posisi Matahari, menyelaraskan perisai perlindungan termal untuk menghadapinya dan melanjutkan perjalanannya selama tiga bulan ke depan, merangkul panas Matahari dan melindungi diri dari ruang hampa yang dingin.

Selama tujuh tahun durasi misi yang direncanakan, pesawat ruang angkasa akan membuat 24 orbit bintang kami. Pada setiap pendekatan dekat dengan Matahari, ia akan mengambil sampel angin matahari, mempelajari korona Matahari, dan memberikan pengamatan dekat yang belum pernah terjadi sebelumnya di sekitar bintang kita — dan dilengkapi dengan berbagai teknologi inovatif, kita tahu itu akan tetap tenang sepanjang waktu.

menu
menu