Jesteśmy świadkami historycznego momentu w kosmonautyce, ponieważ sonda Parker Solar Probe stała się najszybszym obiektem stworzonym przez ludzkie ręce. Ten potężny pojazd przemieszcza się na wiatrach słonecznych z prędkością przekraczającą 630 000 kilometrów na godzinę, co jest ponad 500-krotnością prędkości dźwięku na Ziemi. Nasza główna misja polega na fizycznym dotknięciu Słońca, a jednocześnie uniknięciu roztopienia w tym procesie. Osiągnęliśmy ten cel w 2021 roku, gdy sonda minęła Wenus i przetarła się przez koronę, czyli zewnętrzną atmosferę naszej gwiazdy.
Rekordowe podejścia do naszej gwiazdy
Od tamtej historycznej daty wytyczamy coraz bliższe ścieżki lotu, ujawniając w tym procesie niezwykłe szczegóły dotyczące naszej gwiazdy. W swoim najbliższym planowanym podejściu sonda ma przelecieć w odległości 8,8 promienia słonecznego. Oznacza to, że znajdzie się mniej niż 4,5 długości Słońca od jego powierzchni. Musimy pamiętać, że wytrzymamy w temperaturach sięgających 1500 stopni Celsjusza, co jest ekstremalnym wyzwaniem dla każdego materiału.
Temperaturowe zaskoczenie w koronie
Istnieje jednak limit, jak blisko Parker może się dostać bez utraty struktury. Są pytania, na które naukowcy nie mogą odpowiedzieć bez zagłębienia się jeszcze głębiej w atmosferę słoneczną. Jednym z tych zagadek jest zadziwiający fakt, że powierzchnia Słońca jest w rzeczywistości znacznie chłodniejsza niż zewnętrzna korona. Powyżej powierzchni słonecznej znajduje się cienka warstwa o grubości 100 kilometrów, znana jako strefa przejściowa, gdzie temperatury spadają od piekielnych 500 000 stopni Celsjusza do względnie chłodnych 8 000 stopni.
Manewry orbitalne wokół Wenus
Choć fizycy mają teorie dotyczące powstawania strefy przejściowej, na pewno nie dowiemy się o tym, dopóki nie będziemy mogli dokonać bliższych obserwacji. Co więcej, niektórzy naukowcy przewidują, że jeśli pojazd kosmiczny mógłby przelatywać w odległości około 3 promieni słonecznych od powierzchni Słońca i odpalić swoje rakety w odpowiednim momencie, mógłby wykorzystać grawitację Słońca, aby wyrzucić się w zewnętrzną część Układu Słonecznego. Ta odważna ścieżka lotu, nazywana manewrem Obertha, mogłaby wypchnąć pojazd kosmiczny poza Plutona w zaledwie trzech latach, co obecnie zajmuje około dekady.
Wyzwania inżynieryjne i tarcza cieplna
Zagłębienie się głębiej w koronę – bez roztopienia, wybuchnięcia lub spadnięcia bezpośrednio na Słońce – to monumentalne wyzwanie inżynieryjne. Pierwszym wyzwaniem jest kierowanie ścieżki sondy. Sonda spadająca bezpośrednio na Słońce prawdopodobnie przybrałaby tak dużą prędkość podczas swojego zejścia, że albo zderzyłaby się z powierzchnią, albo została wyrzucona w przeciwnym kierunku. Aby tego uniknąć, Sonda Parker dokonywała serii skomplikowanych manewrów orbitalnych wokół Wenus. Korzystając z grawitacji planety jako hamulca, mogła skorygować swoją orbitę i stopniowo zbliżyć się do Słońca.
Strategia parasolowa
Co zaś tyczy się piekielnego ciepła, sonda Parker zastosowała strategię, która nie jest odmienna od siedzenia pod parasolem plażowym. Jej instrumentacja jest umieszczona za tarczą termiczną o grubości zaledwie 11,4 centymetra. Jedna strona wykonana jest z wysoce odbijającej się białej ceramiki, która rozprasza znaczną część nadchodzącego światła słonecznego. Druga strona składa się z pianki węglowej sandwichowanej między dwiema warstwami węgla, dodatkowo wzmacnianej włóknem węglowym. Pianka stanowi około 97% powietrza, więc działa jako izolator, nie pozwalając na przepływ dużych ilości ciepła.
Przyszłość misji i nowe materiały
Zewnętrzna panel węglowy jest bardzo ciemny i może wytrzymać wysokie temperatury, dzięki czemu efektywnie pochłania pozostałe ciepło i oddaje je z powrotem do kosmosu. System czujników stale reguluje tę tarczę, aby upewnić się, że instrumenty pojazdu pozostają w jej cieniu. Ale tarcza cieplna Parkera może się dostać tylko tak blisko. Aby dotrzeć jeszcze bliżej, jedną z możliwości byłoby całkowite porzucenie materiałów węglowych pochłaniających ciepło i podwójne postawienie na odchylenie promieniowania.
Innowacyjne powłoki Solar White
Badacze z programu Innowacyjne Zaawansowane Koncepcje NASA opracowali nowatorskie, ultraodbijające się powłokę o nazwie Solar White, która ma odbijać 99,9% energii Słońca. Planujemy użyć Solar White do pokrycia zewnętrznego, zakrzywionego, parasolowego tarczy. Następnie, druga stożkowa tarcza wykonana z materiału srebrzonego i odbijającego światło, odchyliłaby w odpowiedni sposób promieniowanie, pozwalając nam na jeszcze bezpieczniejsze zbliżenie do korony słonecznej.