13 Ene 2022 ¿Qué materiales evitan que la Sonda Solar Parker se derrita?
La Sonda Solar Parker salió de la Tierra en 2018 con un destino muy caliente: el Sol. Uno de los retos para esta misión espacial fue diseñar un vehículo capaz de soportar las altas temperaturas de la superficie solar. Recientemente realizó su primer acercamiento sobre la corona, la capa superficial de nuestra estrella. En los próximos años realizará más acercamientos y debe ser capaz de resistir a todos sin que las altas temperaturas destruyan alguno de sus componentes.
Uno de los primeros puntos que se deben comprender es la diferencia entre calor y temperatura. La clave para esta diferencia es la densidad. En su viaje, la Sonda Solar Parker se encontrará con temperaturas muy altas pero el calor al que estará expuesta será menor, debido a que la densidad de las superficies calientes es mucho menor.
La temperatura aparece porque las partículas se mueven muy rápido y producen una gran cantidad de energía. Por otro lado, el camino que recorre la sonda incluye pocas de ellas, por lo que el calor al que estará expuesta es menor. Podríamos imaginar, haciendo una analogía, a la sonda caminando sobre un terreno con brasas de carbón en el suelo, en una superficie donde una parte considerable no tiene ninguna brasa. Aunque la temperatura es de varios millones de grados, el calor que recibe la nave es de mil 400 grados Celsius, en promedio.
Minerales al rescate
Aunque el calor que recibe y la temperatura en el espacio en que viaja sean diferentes, sigue siendo necesaria protección adicional. La Sonda Solar Parker cuenta con un escudo llamado Sistema de Protección Térmica (TPS). Este escudo mide 2.4 metros de diámetro y 115 milímetros de grosor. Gracias a esto la temperatura en el cuerpo de la nave es de apenas 30 grados Celsius.
La tecnología que permite que el escudo resista esas temperaturas se basa en un mineral muy común: el carbón. El TPS fue diseñado en el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins. Las Tecnologías Avanzadas Carbón-Carbón consiste en un compuesto de carbón envuelto en dos placas de carbón. En la superficie que mira al Sol se aplicó una capa de pintura cerámica blanca, con ella se refleja una parte importante del calor que llega hasta la sonda. En las pruebas que se hicieron antes del lanzamiento resistió hasta mil 650 grados Celsius.
El escudo es una solución para los instrumentos que viajan dentro de la nave, pero no todos están protegidos. Uno de ellos es la Copa de la Sonda Solar. Esta hace mediciones sobre el flujo de iones y electrones, así como los ángulos de flujo durante el trayecto de la sonda. Esto obliga a exponerse directamente a la radiación. La solución fue construirlo con una aleación de Titanio, Circonio y Molibdeno, su punto de fusión es de 2 mil 349 grados Celsius.
Las rejillas que producen un campo magnético se construyeron únicamente de Tungsteno, un metal que por sí mismo se derrite a una temperatura de 3 mil 422 grados Celsius.
Otro componente en riesgo por las altas temperaturas son los cables que conducen electricidad. Para solucionarlo se usó materiales que no serían necesarios en la Tierra. Se crearon tubos de cristal de zafiro para suspender y cablear, también se crearon cables de niobio.
Antes de su salida al espacio se realizaron pruebas para confirmar que los componentes de la sonda resistirían la exposición al Sol. Para imitar la radiación solar se usó un acelerador de partículas y proyectores IMAX. Una prueba más consistió en la exposición al Horno Solar Odeillo, que funciona a partir de 10 mil espejos ajustables. La sonda superó las pruebas.
En su viaje la Sonda Solar Parker realizará 24 vuelos cercanos al Sol. Además de los materiales que la protegen cuenta con un sistema de enfriamiento listo para trabajar a temperaturas de entre 10 y 125 grados Celsius. Durante su viaje, la sonda solar estudiará el viento solar, se acercará a la corona y hará observaciones que hasta hace poco eran imposibles. Todo gracias a la combinación adecuada de minerales que ya han mostrado su resistencia en la Tierra y ahora viajan por el espacio, en el viaje más cercano a una estrella que jamás se había hecho.
Checa la nota en video aquí: https://youtu.be/nZfRIkPn3rI
Fuente: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/traveling-to-the-sun-why-won-t-parker-solar-probe-melt