La star du spectacle est un bloc gris foncé, de la taille d'un manuel, et plusieurs pouces d'épaisseur. Alors qu'un public de journalistes regarde, un ingénieur exécute un chalumeau enflammé sur le bloc jusqu'à ce que son visage chauffe à une lueur rouge.

« Vous voulez toucher la surface arrière ? » elle invite un volontaire de la NASA vêtu d'un T-shirt.

Le volontaire tend la main timidement vers l'arrière, d'abord avec un doigt, puis de toute sa main.

« Comment vous sentez-vous ? »

"Tiède, " répond le volontaire. " Même pas... normal. "

La démonstration, surnommé "Blowtorch vs. Heat Shield" sur YouTube, représente l'aboutissement d'années de recherche, essai et erreur, et une analyse minutieuse par des ingénieurs du laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins pour résoudre ce qu'ils appellent le "problème thermique" de la sonde solaire Parker, un vaisseau spatial qui voyagera à moins de 4 millions de miles de la surface du soleil.

Le "problème thermique" est une manière douce de faire référence aux complications de l'exécution de cette plongée record directement dans l'atmosphère extérieure de notre étoile, ou couronne. Pendant que la sonde solaire Parker tourne autour de l'étoile et enregistre des données avec ses instruments embarqués, un système de protection thermique, ou TPS, protégera le vaisseau spatial de la chaleur. Combiné avec un système de refroidissement à eau, le TPS maintiendra la majorité des instruments du vaisseau spatial à environ 85 degrés Fahrenheit - une belle journée d'été - tandis que le TPS lui-même supportera une température de 2500 degrés Fahrenheit.

Sans le TPS, il n'y a pas de sonde.

"C'est la technologie qui nous a permis de faire cette mission, de lui permettre de voler, " dit Elisabeth Abel, Câble thermique TPS. "Ce sera incroyablement excitant de voir quelque chose dans lequel vous mettez beaucoup d'énergie et de travail acharné, pour le voir voler réellement. Ça va être un grand jour."

La sonde solaire Parker devrait être lancée depuis le Centre spatial Kennedy à Cap Canaveral, Floride, ce mois-ci, sa fenêtre de lancement s'ouvre samedi et se termine le 23 août. Au cours de sa mission de sept ans, il explorera certains des plus grands mystères du soleil :pourquoi le vent solaire est-il une brise plus proche du soleil mais un torrent supersonique plus éloigné ? Pourquoi la couronne elle-même est-elle des millions de degrés plus chaude que la surface du soleil ? Quels sont les mécanismes derrière les particules énergétiques solaires incroyablement rapides qui peuvent interférer avec les engins spatiaux, perturber les communications sur Terre, et mettre en danger les astronautes ?

Le lancement mettra fin à 60 ans de planification et d'efforts, et plus d'une décennie passée à créer le bouclier thermique qui dévie la pire de l'énergie solaire.

Les faces avant et arrière du bouclier thermique sont constituées de feuilles de carbone-carbone, un matériau léger avec des propriétés mécaniques supérieures particulièrement adapté aux températures élevées. À moins d'un dixième de pouce d'épaisseur, les deux feuilles de carbone-carbone sont suffisamment fines pour se plier, même s'ils étaient superposés. Entre eux se trouve environ 4,5 pouces de mousse de carbone, généralement utilisé dans l'industrie médicale pour le remplacement osseux. Cette conception en sandwich rigidifie tout, comme le carton ondulé, tout en permettant au bouclier thermique de 8 pieds de ne peser que 160 livres environ.

La mousse remplit également les fonctions structurelles les plus essentielles du bouclier thermique. Le carbone lui-même conduit la chaleur, mais la mousse de carbone est composée à 97 pour cent d'air. En plus de réduire le poids de l'engin spatial pour l'aider à se mettre en orbite, la structure en mousse signifie qu'il n'y a tout simplement pas beaucoup de matière pour que la chaleur circule. Le bouclier thermique sera de 2500 degrés Fahrenheit du côté face au soleil, mais seulement 600 degrés Fahrenheit à l'arrière.

La mousse n'a pas été facile à tester. C'est extrêmement fragile, et il y avait un autre problème.

"Quand tu as chaud, il peut brûler, " dit Abel.

La combustion n'est pas un problème dans le vide (comme dans l'espace), mais l'air restant dans les chambres d'essai provoquerait la carbonisation de la mousse. Les ingénieurs ont donc construit leur propre chambre à vide au Oak Ridge National Laboratory, où une installation de lampe à arc plasma à haute température pourrait chauffer le matériau aux températures incroyables que le bouclier thermique supporterait.

Mais toutes les impressionnantes propriétés de dispersion de la chaleur de la mousse de carbone n'étaient pas suffisantes pour maintenir le vaisseau spatial à la température requise. Parce qu'il n'y a pas d'air dans l'espace pour assurer le refroidissement, le seul moyen pour le matériau d'expulser la chaleur est de diffuser la lumière et d'éjecter de la chaleur sous forme de photons. Pour ça, une autre couche de protection était nécessaire :un revêtement blanc qui refléterait la chaleur et la lumière.

Pour ça, APL s'est tourné vers le laboratoire de technologie avancée de la Whiting School of Engineering de l'Université Johns Hopkins, où une heureuse coïncidence avait conduit à la constitution d'une dream team bouclier thermique-revêtement :experts en céramique haute température, chimie, et les revêtements par pulvérisation au plasma.

Après une ingénierie et des tests approfondis, l'équipe a opté pour un revêtement à base d'oxyde d'aluminium blanc brillant. Mais ce revêtement pourrait réagir avec le carbone du bouclier thermique à haute température et devenir gris, les ingénieurs ont donc ajouté une couche de tungstène, plus fin qu'une mèche de cheveux, entre le bouclier thermique et le revêtement pour empêcher les deux d'interagir. Ils ont ajouté des dopants à l'échelle nanométrique pour rendre le revêtement plus blanc et pour inhiber l'expansion des grains d'oxyde d'aluminium lorsqu'ils sont exposés à la chaleur.

Ensuite, les ingénieurs ont dû déterminer la meilleure façon de créer et d'appliquer le revêtement.

« Le tout peinait à trouver un revêtement céramique qui à la fois réfléchisse la lumière et émet de la chaleur, " dit Dennis Nagle, ingénieur de recherche principal au Centre de science et d'ingénierie des systèmes.

Généralement, lorsque vous travaillez avec de l'émail, Nagle dit, un dur, un revêtement non poreux est préférable, celui qui se fissure lorsqu'il est frappé avec un marteau. Mais sous les températures rencontrées par la sonde solaire Parker, un revêtement lisse se briserait comme une vitre heurtée par une pierre. Au lieu de cela, l'objectif était un revêtement uniformément poreux qui résisterait aux environnements extrêmes. Lorsque des fissures commencent dans un revêtement poreux, ils s'arrêteront quand ils frapperont un pore. Le revêtement était composé de plusieurs rugueux, couches granuleuses - suffisamment pour qu'un ensemble de grains de céramique réfléchisse la lumière qu'une autre couche manque.

"Je dis toujours aux gens que ça marche parce que c'est un revêtement moche, " plaisante Nagle. " Si vous voulez faire un bon enrobage, ça va échouer."

Après le lancement de Parker Solar Probe, il tournera à plusieurs reprises autour de Vénus dans une orbite qui se rétrécira progressivement qui le rapprochera de plus en plus du soleil. Les scientifiques attendent avec impatience le flot de nouvelles données provenant des instruments de la sonde, mais ceux qui ont contribué à faire du bouclier thermique une réalité disent que le plaisir sera de voir ce plongeon final dans l'atmosphère du soleil, sept fois plus proche que n'importe quel vaisseau spatial précédent, la sonde de la taille d'une voiture et sa précieuse cargaison défendue de la puissance du soleil par leur travail.

Mais sept ans, c'est long à attendre un dernier test de réussite, donc le lancement devra faire l'affaire pour l'instant.

"C'était très difficile, " dit 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."