La sonde spatiale qui voudrait “toucher le soleil” est prête à partir

Une sonde solaire de la NASA devra bientôt résister à plus d’un million de degrés Celsius alors qu’elle s’approchera du Soleil avec, comme seul protection, un simple bouclier solaire de 11 cm d’épaisseur.

Précédemment :

La sonde solaire Parker, ou Parker Solar Probe (PSP), devrait décoller cet été, au début du mois d’aout si tout ce passe bien, pour une mission de 7 ans vers l’étoile au centre de notre système solaire. Elle est conçue pour orbiter à travers la couronne solaire, la région extrêmement chaude de l’atmosphère solaire qui contient des matériaux à des températures supérieures à un million de degrés Celsius. La NASA s’attend à ce que la sonde effectue 24 orbites tout en prenant des mesures.

Les différentes orbites réalisées par la sonde PSP. (NASA)

Cette sonde bénéficie à la fois de matériaux de haute technologie et d’une poignée d’éléments physiques qui rendent l’ensemble un peu plus simple. Du point de vue de la physique, c’est une question de chaleur par rapport à la température. Les matériaux à haute température peuvent être mesurés en millions de degrés autour du Soleil, mais comme ils sont très mobiles et relativement rares en nombre, ils sont en réalité relativement pas très chaud, transfèrent peu d’énergie et selon la NASA :

La couronne à travers laquelle Parker Solar Probe vole, par exemple, a une température extrêmement élevée, mais une densité très faible. Cela signifie que pendant que la sonde Parker traversera un espace avec des températures de plusieurs millions de degrés, la surface du bouclier thermique qui fait face au Soleil ne sera chauffée qu’à environ 1 400 °C.

C’est là qu’intervient le système de protection thermique, ou TPS pour Thermal Protection System. Un bouclier de 2,5 m de diamètre monté à l’avant de la sonde, il a été conçu par des spécialistes du laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins. Deux plaques de carbone forment un sandwich de part et d’autre d’une mousse composite de carbone, et bordées par une couche de peinture en céramique blanche.

Dans une récente vidéo publiée par la NASA, Betsy Congdon du Johns Hopkins Applied Physics Lab, ingénieure thermique en chef du bouclier thermique que la sonde solaire Parker de la NASA utilisera pour se protéger contre le soleil.

Il peut ne faire que 11 cm d’épaisseur, mais la combinaison des matériaux et du revêtement permet au bouclier de supporter des températures allant jusqu’à 1600 °C. La sonde dans son ombre sera maintenue à environ 29 °C, ne laissant passer que quelques instruments de son pourtour.

La sonde examinée à la lumière ultraviolette au Goddard Space Flight Center pour vérifier que tous les panneaux sont toujours connectés électriquement, suite à des tests vibratoires effectués en 2017. (NASA)

L’un d’entre eux, la Solar Probe Cup, mesure les flux d’ions et d’électrons et les angles d’écoulement impliqués dans le vent solaire. La NASA l’a fabriqué à partir de feuilles de Titane-Zirconium-Molybdène, qui a un point de fusion d’environ 2300 °C, combiné à des puces de tungstène, qui ne fondent pas avant 3400 °C. Le câblage en niobium est suspendu dans des tubes de cristal de saphir spécialement développés.

Comme son premier test ne pouvait pas vraiment être réalisé à proximité du Soleil, la NASA a construit un simulateur sur Terre. Un accélérateur de particules a été utilisé pour émuler le rayonnement que la sonde est censée mesurer, tandis que des projecteurs IMAX ont atteint des niveaux plus élevés, simulant le genre de chaleur intense qu’elle devra supporter. Puis, il est entré dans le four solaire d’Odeillo qui a agi comme une sorte de loupe pour le Soleil, comme ressentie à 92,96 millions de kilomètres de l’étoile.

Ajoutez à cela des panneaux solaires spécialement refroidis qui se trouvent juste en bordure du système de protection thermique afin de minimiser l’exposition et des ajustements de son vol autonomes qui utilisent des capteurs solaires pour corriger la position de la sonde, et la sonde est prête. La NASA l’a conçu de manière à ce que l’ensemble du système soit autoguidé : les capteurs se verrouilleront sur la position du Soleil, puis s’assureront que le système de protection thermique est toujours dans l’alignement.

Sur le site de la NASA: Traveling to the Sun: Why Won’t Parker Solar Probe Melt?