Dans quelques semaines seulement, la NASA lancera l’un de ses projets les plus ambitieux. La sonde solaire Parker va plonger et « toucher » le Soleil. Cela fera de Parker la sonde qui se sera le plus rapprochée de la surface du Soleil jusqu’à présent.
Les trois orbites les plus proches suivies par la sonde Parker l’amèneront à 6.1 millions de kilomètres de la surface du Soleil, soit à l’intérieur de son atmosphère extérieure (ou couronne), là où les températures atteignent des millions de degrés Kelvin.
Pour résister à un tel environnement, la sonde est munie d’une protection contre la chaleur très efficace. Il faut savoir que même la protection thermique courante la plus résistante fondrait dans de telles conditions. Pour comparaison, les températures de surface d’environ 460 °C (733 Kelvin) de Vénus ont, dans les années 1980, contribué à des échecs électroniques assez rapides au sein des sondes envoyées par la Russie.
L’astuce : pour comprendre comment protéger au mieux la sonde Parker, il faut connaître la différence entre température et chaleur, ainsi que la densité de l’espace, explique la NASA.
La température est une mesure de la vitesse à laquelle les particules se déplacent, mais la chaleur mesure la quantité d’énergie qu’elles transfèrent réellement. Dans l’espace, les particules peuvent se déplacer très rapidement, mais sans transférer beaucoup de chaleur, car il y a beaucoup d’espace entre ces particules.
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« La couronne par laquelle passe la sonde Parker Solar, par exemple, a une température extrêmement élevée mais une densité très faible », explique Susannah Darling de la NASA.
« Pensez à la différence entre mettre votre main dans un four chaud plutôt que de la mettre dans une casserole d’eau bouillante : dans le four, votre main peut résister à des températures beaucoup plus élevées que dans l’eau, où elle va interagir avec beaucoup plus de particules » ajoute-t-elle. « De même, par rapport à la surface visible du Soleil, la couronne est moins dense, de sorte que le vaisseau spatial interagit avec moins de particules chaudes et ne reçoit donc pas autant de chaleur ».
Plus précisémment, cela signifie que l’écran thermique qui protège la plupart des instruments à bord de la sonde, ne sera chauffé qu’à environ 1370 °C (1644 degrés Kelvin).
La protection thermique est composée de deux panneaux composites carbone-carbone surchauffés, qui enveloppent un noyau de mousse de carbone de 11.5 centimètres d’épaisseur. Il s’agit vraiment d’une technologie impressionnante.
Le côté qui fera face au Soleil est peint avec une peinture céramique blanche brillante, afin de dévier le plus de lumière possible en provenance du Soleil. La face exposée fait environ 2.4 mètres de diamètre. Le bouclier thermique ne pèse que 72.5 kilogrammes, et ce grâce à l’utilisation d’une mousse très légère.
Bien que cela puisse paraître étonnant, tout ce qui se situe derrière cette protection aura une température égale ou inférieure à 30 °C (300 Kelvin).
L’instrumentation qui doit pouvoir fonctionner en dehors de la sécurité de l’écran thermique est protégée par ses matériaux. La sonde est également composée d’une sorte de « cupule » de Faraday. Celle-ci sert à capturer les particules chargées afin de mesurer leur débit. Elle est faite de titane-zirconium-molybdène, qui possède un point de fusion d’environ 2349 °C.
Les puces qui produisent le champ électrique de l’instrument sont forgées à partir de tungstène, le métal ayant le point de fusion connu le plus élevé, soit 3422 °C (3695 Kelvin).
Le câblage électrique est fait de niobium. Le niobium a aussi un point de fusion très élevé, de 2750 Kelvin. Des capteurs placés sur le corps de l’engin l’aideront à corriger son orientation afin que la délicate instrumentation ne soit pas directement exposée aux rayons brûlants du Soleil.
Quant aux panneaux solaires, utilisés pour collecter l’énergie solaire afin d’alimenter la sonde, ils peuvent se rétracter derrière le bouclier thermique pour éviter une surchauffe lorsque la sonde se rapprochera trop du Soleil.
La cerise sur le gâteau. La sonde toute entière est refroidie par de l’eau désionisée sous pression. L’eau désionisée représente le meilleur choix de liquide afin de supporter les températures extrêmes auxquelles Parker sera exposée.
En résumé, une belle prouesse d’ingénierie qui permettra bientôt, on l’espère, de nous en apprendre plus sur notre cher Soleil. Une quantité importante de données devrait normalement être reçue concernant l’atmosphère, les vents solaires, les éjections de masse coronale, et bien d’autres phénomènes. Nous avons hâte d’en savoir plus.