La estrella del espectáculo es un bloque gris oscuro, aproximadamente del tamaño de un libro de texto, y varios centímetros de espesor. Mientras una audiencia de reporteros observa, un ingeniero pasa un soplete en llamas sobre el bloque hasta que su cara se calienta a un resplandor rojo.

"¿Quieres tocar la superficie trasera?" ella invita a un voluntario vestido con una camiseta de la NASA.

El voluntario se acerca tentativamente a la parte de atrás, primero con un dedo, y luego con toda su mano.

"¿Cómo se siente?"

"Tibio, "El voluntario responde." Ni siquiera, normal ".

La manifestación, apodado "Soplete contra Heat Shield" en YouTube, representa la culminación de años de investigación, prueba y error, y un minucioso análisis realizado por ingenieros del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins para resolver lo que ellos llaman el "problema térmico" de la sonda solar Parker, una nave espacial que viajará a menos de 4 millones de millas de la superficie del sol.

El "problema térmico" es una forma suave de referirse a las complicaciones de realizar esta inmersión récord directamente en la atmósfera exterior de nuestra estrella. o corona. Mientras la sonda solar Parker orbita la estrella y registra datos con sus instrumentos integrados, un sistema de protección térmica, o TPS, protegerá la nave espacial del calor. Combinado con un sistema de enfriamiento accionado por agua, el TPS mantendrá la mayoría de los instrumentos de la nave espacial a unos 85 grados Fahrenheit, un agradable día de verano, mientras que el propio TPS soporta una temperatura de 2500 grados Fahrenheit.

Sin el TPS, no hay sonda.

"Esta fue la tecnología que nos permitió realizar esta misión:permitirle volar, "dice Elisabeth Abel, Cable térmico TPS. "Va a ser increíblemente emocionante ver algo en lo que pones mucha energía y trabajo duro, para verlo volar realmente. Va a ser un gran día ".

Se espera que la sonda solar Parker se lance desde el Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral, Florida, este mes:su ventana de lanzamiento se abre el sábado y se extiende hasta el 23 de agosto. Durante su misión de siete años, explorará algunos de los mayores misterios del sol:¿Por qué el viento solar es una brisa más cerca del sol pero un torrente supersónico más lejos? ¿Por qué la corona misma es millones de grados más caliente que la superficie del sol? ¿Cuáles son los mecanismos detrás de las partículas energéticas solares asombrosamente rápidas que pueden interferir con las naves espaciales? interrumpir las comunicaciones en la Tierra, y poner en peligro a los astronautas?

El lanzamiento concluirá 60 años de planificación y esfuerzo, y más de una década dedicada a crear el escudo térmico que desvía lo peor de la energía solar.

Las caras frontal y posterior del escudo térmico están hechas de láminas de carbono-carbono, un material ligero con propiedades mecánicas superiores especialmente adecuado para altas temperaturas. Con menos de una décima de pulgada de espesor, las dos láminas de carbono-carbono son lo suficientemente delgadas para doblarse, incluso si estuvieran colocados uno encima del otro. Entre ellos hay aproximadamente 4.5 pulgadas de espuma de carbono, normalmente se utiliza en la industria médica para el reemplazo de huesos. Este diseño tipo sándwich refuerza todo, como el cartón corrugado, al tiempo que permite que el escudo térmico de 8 pies pese sólo unas 160 libras.

La espuma también realiza las funciones estructurales más esenciales del escudo térmico. El carbono mismo conduce el calor, pero la espuma de carbono es 97 por ciento de aire. Además de reducir el peso de la nave espacial para ayudarla a entrar en órbita, la estructura de espuma significa que no hay mucho material por el que pueda pasar el calor. El escudo térmico estará a 2500 grados Fahrenheit en el lado que mira hacia el sol, pero solo 600 grados Fahrenheit en la parte de atrás.

La espuma no fue fácil de probar. Es extremadamente frágil y hubo otro problema.

"Cuando hace calor, puede arder, "Abel dice.

La combustión no es un problema en el vacío (como en el espacio), pero el aire sobrante en las cámaras de prueba haría que la espuma se carbonizara. Entonces, los ingenieros construyeron su propia cámara de vacío en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, donde una instalación de lámpara de arco de plasma de alta temperatura podría calentar el material a las increíbles temperaturas que soportaría el escudo térmico.

Pero todas las impresionantes propiedades de dispersión del calor de la espuma de carbono no fueron suficientes para mantener la nave espacial a la temperatura requerida. Debido a que no hay aire en el espacio para proporcionar enfriamiento, la única forma de que el material expulse calor es dispersando la luz y expulsando calor en forma de fotones. Para eso, Era necesaria otra capa de protección:una capa blanca que reflejara el calor y la luz.

Para eso, APL acudió al Laboratorio de Tecnología Avanzada de la Facultad de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins, donde una afortunada coincidencia había llevado al montaje de un equipo de ensueño con revestimiento de escudo térmico:expertos en cerámica de alta temperatura, química, y recubrimientos por pulverización de plasma.

Después de una extensa ingeniería y pruebas, el equipo se decantó por un revestimiento a base de óxido de aluminio blanco brillante. Pero ese recubrimiento podría reaccionar con el carbono del escudo térmico a altas temperaturas y volverse gris, por lo que los ingenieros agregaron una capa de tungsteno, más delgado que un mechón de cabello, entre el escudo térmico y el revestimiento para evitar que los dos interactúen. Agregaron dopantes a nanoescala para hacer el recubrimiento más blanco e inhibir la expansión de los granos de óxido de aluminio cuando se exponen al calor.

Luego, los ingenieros tuvieron que determinar la mejor manera de crear y aplicar el recubrimiento.

"Todo el asunto estaba luchando por encontrar un revestimiento cerámico que refleje la luz y emita el calor, "dice Dennis Nagle, ingeniero investigador principal del Centro de Ciencia e Ingeniería de Sistemas.

Normalmente, cuando se trabaja con esmalte, Nagle dice:un duro, Se prefiere un revestimiento no poroso, uno que se agriete al golpearlo con un martillo. Pero bajo las temperaturas a las que se enfrenta la sonda solar Parker, una capa lisa se rompería como una ventana golpeada con una piedra. En cambio, el objetivo era un recubrimiento uniformemente poroso que resistiera entornos extremos. Cuando las grietas comienzan en un recubrimiento poroso, se detendrán cuando toquen un poro. El revestimiento estaba hecho de varios ásperos, Capas granuladas:lo suficiente como para que un conjunto de granos de cerámica refleje la luz que otra capa pierde.

"Siempre le digo a la gente que funciona porque es una pésima capa, "bromea Nagle." Si quieres hacer un buen recubrimiento, fallará ".

Después del lanzamiento de Parker Solar Probe, girará repetidamente alrededor de Venus en una órbita cada vez más estrecha que la acercará cada vez más al sol. Los científicos esperan ansiosos la avalancha de nuevos datos de los instrumentos de la sonda, pero aquellos que ayudaron a hacer realidad el escudo térmico dicen que la emoción será ver esa última inmersión en la atmósfera del sol, siete veces más cerca que cualquier nave espacial anterior, la sonda del tamaño de un automóvil y su preciosa carga se defendieron del poder del sol con su trabajo.

Pero siete años es mucho tiempo para esperar una prueba final de éxito, por lo que el lanzamiento tendrá que funcionar por ahora.

"Esto fue muy desafiante, "dice Dajie Zhang, a senior staff scientist in APL's Research and Exploratory Development Department who worked on the TPS coating. "It makes me feel much better coming into work every day. The solar probe's success showed me I can do it, and our team can do it."