เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับบรรยากาศของดวงอาทิตย์ต้องผ่านการทดสอบความร้อน การสั่นสะเทือน และความเย็นNASA มีมนต์สำหรับเตรียมยานอวกาศที่จะเปิดตัว: “ทดสอบขณะบิน” แนวคิดคือการทดสอบยานอวกาศทั้งหมดซึ่งประกอบเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์ในสภาพแวดล้อมและรูปแบบเดียวกับที่จะเห็นในวงโคจร
แต่Parker Solar Probeซึ่งจะเปิดตัวในวันที่ 11 สิงหาคม ไม่ใช่ยานอวกาศธรรมดา(SN Online: 7/5/18 ) และมุ่งไปสู่สภาพแวดล้อมที่ไม่ธรรมดา ปาร์คเกอร์จะกวาดล้างบรรยากาศที่ร้อนแผดเผาของดวงอาทิตย์เพื่อให้มนุษย์ได้เผชิญหน้าอย่างใกล้ชิดกับดาวฤกษ์ที่ใจกลางระบบสุริยะเป็นครั้งแรก
นักฟิสิกส์พลาสมาในอวกาศ Stuart Bale จาก University of California, Berkeley กล่าวว่า “Solar Probe มีความพิเศษนิดหน่อย การนำอุปกรณ์ทั้งหมดและ caboodle ไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่จำลองอนุภาคที่มีพลังของดวงอาทิตย์ แสงที่รุนแรง และความร้อนที่แผดเผา “ถือว่าเป็นไปไม่ได้” นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้ความคิดสร้างสรรค์ในการทดสอบเทคโนโลยีที่จะสัมผัสกับดวงอาทิตย์ โดยใช้ทุกอย่างตั้งแต่กระจกบานใหญ่ อุโมงค์ฝุ่น ไปจนถึงรีมกระดาษ
คลายร้อน
ลำดับแรกของธุรกิจคือการหาวัสดุที่ทนต่อความร้อนได้ บรรยากาศภายนอกของดวงอาทิตย์หรือโคโรนาส่งเสียงดังที่หลายล้านองศาเซลเซียส — แต่มันกระจายมากจนไม่เป็นอันตรายต่อยานอวกาศมากนัก(SN Online: 8/20/17 ) อย่างไรก็ตาม แสงแดดโดยตรงสามารถให้ความร้อนกับส่วนประกอบที่สัมผัสได้ถึง 1370° องศาเซลเซียส เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์สองชิ้นของยานอวกาศ รวมทั้งชิ้นส่วนของแผงโซลาร์เซลล์และแผงป้องกันความร้อนที่ปฏิวัติวงการ จะได้รับแสงแดดที่แผดเผาตลอดเวลา
“สิ่งปกติ … จะละลาย” นักฟิสิกส์พลังงานแสงอาทิตย์ Kelly Korreck จากหอดูดาวสมิ ธ โซเนียนในเคมบริดจ์แมสซาชูเซตส์กล่าว
Korreck ทำงานกับ Solar Wind Electrons Alphas และเครื่องมือ Protons ที่รู้จักกันในชื่อย่อ SWEAP ซึ่งจะจับอนุภาคที่มีประจุของลมสุริยะด้วยเซ็นเซอร์ที่เรียกว่า Faraday Cup (SN Online: 8/18/17 ) Korreck กล่าวว่า “มันเกาะอยู่รอบแผงป้องกันความร้อนและสามารถสัมผัสแสงแดดได้ “ถ้วยนั้นพิเศษ”
ในการสร้างถ้วยและอุปกรณ์อื่นๆ ที่สามารถมองเห็นดวงอาทิตย์ได้โดยตรง วิศวกรใช้วัสดุหลักสามชนิด ได้แก่ โลหะผสมไนโอเบียมที่เรียกว่า C103 ซึ่งใช้ในเครื่องยนต์จรวด โลหะผสมของไททาเนียม เซอร์โคเนียม และโมลิบดีนัมที่เรียกว่า TZM และทังสเตน สายเคเบิลบางเส้นที่ส่งพลังงานไปยังถ้วย SWEAP ยังบุด้วยแซฟไฟร์ ซึ่งเป็นฉนวนที่ดีเมื่ออุณหภูมิสูง และแผ่นกันความร้อนของโพรบทำจากวัสดุที่มีคาร์บอนสองชนิด
การหาว่าวัสดุแต่ละชนิดจะมีพฤติกรรมอย่างไรในอวกาศนั้นเป็นเรื่องยาก วิศวกรไม่สามารถใช้เตาอบเพื่อทดสอบโลหะได้เลย ซึ่งในความร้อนสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจนเกิดสนิมหรือสึกกร่อนได้ คาร์บอนยังสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อเผาไหม้ได้ ทีมงานจึงต้องทดสอบชิ้นส่วนของเครื่องมือในห้องสุญญากาศสุญญากาศ
“การทำให้สิ่งต่างๆ ในโลกร้อนขึ้นได้ง่ายกว่าที่คุณคิด” Elizabeth Congdon จาก Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ในเมืองลอเรล รัฐแมริแลนด์ หัวหน้าวิศวกรของแผงป้องกันความร้อนกล่าว “การทำให้โลกร้อนด้วยสุญญากาศเป็นเรื่องยาก”
วิธีหนึ่งที่ทีม Parker เลียนแบบความร้อนของดวงอาทิตย์คือการใช้แสงแดดจริง วิศวกรนำตัวอย่างวัสดุไปที่เตาเผาพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ที่โรงงาน PROMESในเมืองโอเดโย ประเทศฝรั่งเศส ชุดกระจก 63 บานที่สร้างขึ้นบนเนินเขาเปลี่ยนแสงแดดไปยังกระจกเว้าขนาดมหึมาที่ด้านข้างของอาคารแปดชั้น จากนั้นกระจกเงานั้นจะโฟกัสแสงอาทิตย์ไปที่ลำแสงที่มีความกว้างไม่เกิน 80 เซนติเมตร ซึ่งจะทำให้วัสดุร้อนถึง 3,000 องศาเซลเซียสภายในห้องสุญญากาศขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการบนไม้ค้ำถ่อ
ลำแสงนั้นร้อนมาก
“คุณสามารถเอาสองต่อสี่แล้วเหวี่ยงมันผ่านลำแสงและมันจะไหม้ทันที” เบลกล่าว “แค่ควันไฟก็หายไปแล้ว” Bale เป็นผู้นำการทดลองของโพรบที่เรียกว่า FIELDS ซึ่งจำเป็นต้องทำการทดสอบความร้อนด้วย FIELDS ประกอบด้วยเสาอากาศยาว 5 เสา โดยสี่เสาจะได้รับแสงแดด ซึ่งจะวัดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในโคโรนา
ทีมงาน SWEAP ต้องการเครื่องจำลองที่สมจริงยิ่งขึ้น ซึ่งจะให้แสงแดดจัดในมุมที่ Parker จะได้สัมผัส พวกเขาพบวิธีแก้ปัญหาที่ไม่น่าเป็นไปได้ในเครื่องฉายภาพยนตร์ IMAX ซึ่งปล่อยแสงในช่วงความยาวคลื่นที่ใกล้เคียงกันกับดวงอาทิตย์
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Anthony Case จาก Smithsonian Astrophysical Observatory ซึ่งทำงานเกี่ยวกับเครื่องมือ SWEAP กล่าวว่า “ต้องใช้สิ่งอำนวยความสะดวกในการทดสอบแบบกำหนดเองอย่างสมบูรณ์ เขาและเพื่อนร่วมงานเปลี่ยนโปรเจ็กเตอร์ IMAX สี่เครื่องไปรอบๆ เพื่อให้หลอดไฟโฟกัสไปที่ห้องสุญญากาศขนาดเล็ก แทนที่จะกระจายไปทั่วหน้าจอขนาดใหญ่ นั่นทำให้ทีมมีความเข้มแสงและมุมที่เหมาะสมในการทดสอบเครื่องมือของพวกเขา
