p Este Verão, O Parker Solar Probe da NASA será lançado para viajar mais perto do Sol, mais profundamente na atmosfera solar, do que qualquer missão anterior. Se a Terra estivesse em uma extremidade de um padrão e o Sol na outra, A Parker Solar Probe chegará a dez centímetros da superfície solar. p Dentro dessa parte da atmosfera solar, uma região conhecida como corona, A Parker Solar Probe fornecerá observações sem precedentes sobre o que impulsiona a ampla gama de partículas, energia e calor que percorrem a região - lançando partículas para fora do sistema solar e muito além de Netuno.

p Dentro da corona, é também, claro, inimaginavelmente quente. A espaçonave viajará através de materiais com temperaturas superiores a um milhão de graus Fahrenheit enquanto é bombardeada com intensa luz solar.

p Então, por que não derrete?

p A Parker Solar Probe foi projetada para suportar as condições extremas e as flutuações de temperatura para a missão. A chave está em seu escudo térmico personalizado e um sistema autônomo que ajuda a proteger a missão da intensa emissão de luz do Sol, mas permite que o material coronal "toque" a espaçonave.

p A ciência por trás de porque ele não derrete

p Uma chave para entender o que mantém a espaçonave e seus instrumentos seguros, é entender o conceito de calor versus temperatura. Contra-intuitivamente, altas temperaturas nem sempre se traduzem em realmente aquecer outro objeto.

p No espaço, a temperatura pode ser de milhares de graus sem fornecer calor significativo a um determinado objeto ou sensação de calor. Porque? A temperatura mede a velocidade com que as partículas se movem, enquanto o calor mede a quantidade total de energia que eles transferem. As partículas podem estar se movendo rapidamente (alta temperatura), mas se houver muito poucos deles, eles não transferem muita energia (baixo calor). Uma vez que o espaço está quase vazio, existem muito poucas partículas que podem transferir energia para a espaçonave.

p A coroa através da qual a Parker Solar Probe voa, por exemplo, tem uma temperatura extremamente alta, mas uma densidade muito baixa. Pense na diferença entre colocar a mão em um forno quente e colocá-la em uma panela com água fervente (não tente fazer isso em casa!) - no forno, sua mão pode suportar temperaturas significativamente mais altas por mais tempo do que na água, onde tem que interagir com muito mais partículas. De forma similar, em comparação com a superfície visível do Sol, a corona é menos densa, portanto, a espaçonave interage com menos partículas quentes e não recebe tanto calor.

p Isso significa que, embora a Parker Solar Probe viaje por um espaço com temperaturas de vários milhões de graus, a superfície do escudo térmico voltado para o Sol só será aquecida a cerca de 2, 500 graus Fahrenheit (cerca de 1, 400 graus Celsius).

p O escudo que o protege

p Claro, milhares de graus Fahrenheit ainda é fantasticamente quente. (Para comparação, lava de erupções vulcânicas pode estar em qualquer lugar entre 1, 300 e 2, 200 F (700 e 1, 200 C) E para suportar esse calor, A Parker Solar Probe usa um escudo térmico conhecido como Sistema de Proteção Térmica, ou TPS, que tem 8 pés (2,4 metros) de diâmetro e 4,5 polegadas (cerca de 115 mm) de espessura. Esses poucos centímetros de proteção significam que, do outro lado do escudo, o corpo da espaçonave ficará a uma temperatura confortável de 85 F (30 C).

p O TPS foi projetado pelo Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, e foi construído em Carbon-Carbon Advanced Technologies, usando uma espuma composta de carbono imprensada entre duas placas de carbono. Este isolamento leve será acompanhado por um toque final de tinta cerâmica branca na placa voltada para o sol, para refletir tanto calor quanto possível. Testado para suportar até 3, 000 F (1, 650 C), o TPS pode lidar com qualquer calor que o Sol enviar em seu caminho, mantendo quase toda a instrumentação segura.

p A Taça que Mede o Vento

p Mas nem todos os instrumentos da Solar Parker Probe estarão por trás do TPS.

p Espetando para fora do escudo térmico, o Solar Probe Cup é um dos dois instrumentos da Parker Solar Probe que não será protegido pelo escudo térmico. Este instrumento é conhecido como xícara Faraday, um sensor projetado para medir os fluxos de íons e elétrons e os ângulos de fluxo do vento solar. Devido à intensidade da atmosfera solar, tecnologias exclusivas tiveram que ser projetadas para garantir que não apenas o instrumento sobreviva, mas também a eletrônica a bordo pode enviar leituras precisas.

p O copo em si é feito de folhas de titânio-zircônio-molibdênio, uma liga de molibdênio, com um ponto de fusão de cerca de 4, 260 F (2, 349 C). Os chips que produzem um campo elétrico para o Solar Probe Cup são feitos de tungstênio, um metal com o maior ponto de fusão conhecido de 6, 192 F (3, 422 C). Normalmente os lasers são usados ​​para gravar as linhas de grade nesses chips - no entanto, devido ao alto ponto de fusão, o ácido teve que ser usado.

p Outro desafio veio na forma da fiação eletrônica - a maioria dos cabos derreteria com a exposição à radiação de calor tão perto do sol. Para resolver este problema, a equipe cultivou tubos de cristal de safira para suspender a fiação, e fez os fios de nióbio.

p Para se certificar de que o instrumento estava pronto para o ambiente hostil, os pesquisadores precisavam imitar a intensa radiação de calor do Sol em um laboratório. Para criar um nível de calor digno de teste, os pesquisadores usaram um acelerador de partículas e projetores IMAX - equipados com júri para aumentar a temperatura. Os projetores imitaram o calor do Sol, enquanto o acelerador de partículas expôs o copo à radiação para garantir que ele pudesse medir as partículas aceleradas sob condições intensas. Para ter certeza absoluta de que o Solar Probe Cup resistiria ao ambiente hostil, o Forno Solar Odeillo - que concentra o calor do Sol em 10, 000 espelhos ajustáveis ​​- foram usados ​​para testar o copo contra a intensa emissão solar.

p O Solar Probe Cup passou em seus testes com louvor - de fato, ele continuou a ter um desempenho melhor e a fornecer resultados mais claros quanto mais tempo foi exposto aos ambientes de teste. "Achamos que a radiação removeu qualquer contaminação potencial, "Justin Kasper, investigador principal para os instrumentos de SWEAP na Universidade de Michigan em Ann Arbor, disse. "Basicamente, ele se auto-limpou."

p A nave espacial que mantém a calma

p Vários outros projetos da espaçonave mantêm a Parker Solar Probe protegida do calor. Sem proteção, os painéis solares - que usam energia da própria estrela em estudo para alimentar a espaçonave - podem superaquecer. Em cada abordagem do Sol, os painéis solares se retraem atrás da sombra do escudo térmico, deixando apenas um pequeno segmento exposto aos intensos raios do sol.

p Mas tão perto do Sol, ainda mais proteção é necessária. Os painéis solares têm um sistema de resfriamento surpreendentemente simples:um tanque aquecido que evita que o refrigerante congele durante o lançamento, dois radiadores que evitarão que o refrigerante congele, aletas de alumínio para maximizar a superfície de resfriamento, e bombas para circular o refrigerante. O sistema de resfriamento é potente o suficiente para resfriar uma sala de estar de tamanho médio, e manterá os painéis solares e a instrumentação resfriados e funcionando durante o calor do sol.

p O refrigerante usado para o sistema? Cerca de 3,7 litros de água desionizada. Embora existam muitos refrigerantes químicos, a faixa de temperaturas a que a espaçonave será exposta varia entre 50 F (10 C) e 257 F (125 C). Muito poucos líquidos podem lidar com esses intervalos como água. Para evitar que a água ferva na extremidade mais alta das temperaturas, será pressurizado para que o ponto de ebulição seja superior a 257 F (125 C).

p Outro problema com a proteção de qualquer espaçonave é descobrir como se comunicar com ela. A Parker Solar Probe estará em grande parte sozinha em sua jornada. Leva oito minutos de luz para chegar à Terra - ou seja, se os engenheiros tivessem que controlar a espaçonave da Terra, quando algo desse errado, seria tarde demais para corrigi-lo.

p Então, a espaçonave foi projetada para se manter segura e autônoma em direção ao sol. Vários sensores, cerca da metade do tamanho de um telefone celular, são fixados ao corpo da espaçonave ao longo da borda da sombra do escudo térmico. Se algum desses sensores detectar a luz do sol, eles alertam o computador central e a espaçonave pode corrigir sua posição para manter os sensores, e o resto dos instrumentos, protegido com segurança. Tudo isso tem que acontecer sem qualquer intervenção humana, portanto, o software do computador central foi programado e amplamente testado para garantir que todas as correções possam ser feitas em tempo real.

p Lançando em direção ao Sol

p Após o lançamento, A Parker Solar Probe detectará a posição do Sol, alinhe o escudo de proteção térmica para enfrentá-lo e continue sua jornada pelos próximos três meses, abraçando o calor do Sol e protegendo-se do vácuo frio do espaço.

p Ao longo de sete anos de duração planejada da missão, a espaçonave fará 24 órbitas de nossa estrela. Em cada aproximação próxima ao Sol, ele irá amostrar o vento solar, estudar a coroa do Sol, e fornecer observações de perto sem precedentes em torno de nossa estrela - e armado com sua enorme quantidade de tecnologias inovadoras, sabemos que vai manter a calma o tempo todo.