Reise zur Sonne: warum die solarsonde «Parker» nicht schmilzt?

In Diesem Sommer NASA schickt Sonde Solar «Parker» (Parker Solar Probe) zur Sonne und er dringt tief in die Atmosphäre der Lichter, tiefer als jede Mission bis zu ihm. Wäre die Erde am Ende einer meterlangen Stöcken, und die Sonne auf der anderen, sonnigen Sonde passt auf zehn Zentimeter an die Oberfläche des Sterns. Gefangen in diesem Teil der sonnigen Atmosphäre, bekannt als die Krone, Parker Solar Probe stellt beispiellose Beobachtung, dass verwaltet alle diese Teilchen, Energie und Wärme, курсирующими in der Krone, und führt es durch das ganze Sonnensystem, weit jenseits von Neptun.

In der Krone, natürlich unvorstellbar heiß. Das Raumschiff reist durch das Material mit Temperaturen über eine Million Grad Fahrenheit unter dem ununterbrochenen Bombardement intensiver Sonneneinstrahlung.

Warum Parker Solar Probe nicht geschmolzen?

Um zu verstehen, was unterstützt das Raumschiff und seine Instrumente in Sicherheit, müssen Sie verstehen das Konzept der Beziehungen von Wärme und Temperatur. Die Tatsache, dass hohe Temperaturen nicht immer gehen in die tatsächliche Erwärmung eines anderen Objekts.

Die Temperatur Im Raum kann tausend Grad, aber ein bestimmtes Objekt wird nicht heiß, die Hitze nicht zu spüren sein. Warum? Die Temperatur bestimmt die Geschwindigkeit der Bewegung der Teilchen, während die Wärme gemessen an der gesamten Menge an Energie, die Sie tragen. Die Partikel schnell bewegen können (hohe Temperatur), aber wenn Sie ein wenig wird, und Energie wird ein wenig (wenig Hitze). Da der Raum zum größten Teil leer, nur sehr wenige Teilchen können die Energie der Einheit.

Die Krone, durch die die Sonde fliegt «Parker», zum Beispiel, hat einen extrem hohen Temperaturen, aber sehr geringer Dichte. Denken Sie über den Unterschied zwischen dem, wie das einführen der Hand in den heißen Ofen schieben und in einem Topf mit kochendem Wasser (nur tun Sie das nicht) — im Ofen Ihre Hand tragen kann viel höhere Temperatur für eine lange Zeit, als im Wasser, wo Sie haben, interagieren Sie mit der riesigen Anzahl von Teilchen. In ähnlicher Weise, wenn man sich mit der sichtbaren Oberfläche der Sonne, die Krone ist weniger dicht, so dass die Raumsonde взаимодействут mit einer kleineren Anzahl von heißen Partikeln und nicht stark erhitzt werden.

Das bedeutet, dass obwohl «Parker» bewegen durch den Raum bei Temperaturen von mehreren Millionen Grad, die Oberfläche des thermischen Schildes, das sich auf die Sonne, erwärmt wird, nur bis zu 2500 Grad Fahrenheit (das 1400 Grad Celsius).

Schutzschild

Natürlich, mehrere tausend Grad — es ist immer noch traumhaft heiß. (Zum Vergleich, Lava von der vulkanischen Eruption kann eine Temperatur von 700 bis 1200 Grad). Und diese Wärme zu widerstehen, die Sonde «Parker» wir brauchen eine thermische Schild namens Thermal Protection System (TPS), 2,4 Meter im Durchmesser und 115 Millimeter dick. Diese paar Zentimeter des Schutzes bedeutet, dass nur eine Seite des Schildes, wo sich das Gehäuse des Gerätes, wird in einer angenehmen Temperatur von 30 Grad.

TPS entwickelt wurde, angewandte Physik-Labor Johns Hopkins University gebaut und Carbon-Carbon Advanced Technologies, nahmen die kompozitnuyu die kohlenstoffhaltige Schaum und festgeklammert zwischen zwei углеродными Platten. Diese leichtgewichtige Isolierung wird begleitet von einer weißen Beschichtung keramisch Farbe auf der Sonnenseite, um die Wärme auf das Maximum. Tests haben gezeigt, dass der Schild ist in der Lage zu widerstehen Temperatur von 1650 Grad und schützen Sie die Geräte vor Hitze zu sendenden Sonne.

die Messung der Windgeschwindigkeit durch die Schale

Nicht alle Werkzeuge «Parker» werden hinter dem Schild TPS.

Knapp über Hitzeschilder befindet sich Solar Probe Cup ist einer von zwei Instrumenten «Parker», die nicht durch ein Wärme-Schild. Dieses Tool ist bekannt als der Kelch (oder Kollektor) Faraday, der Sensor zur Messung der Blitze Ionen und Elektronen und Winkel der Ströme des Sonnenwindes. Aufgrund der Intensität der Sonnenatmosphäre erforderlich sind einzigartige Technologien, die sicherstellen, dass das Werkzeug nicht nur den Flug überlebt, sondern auch in der Lage, senden Sie die genauen Daten zurück.

Selbst die Schale besteht aus Titan-Zirkonium-Molybdän-Platten, einer Molybdän-Legierung mit einem Schmelzpunkt 2349 Grad Celsius. Chips, die das elektrische Feld für «Parkers», bestehen aus Wolfram, dem Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt (3422 Grad). In der Regel zum ätzen von Rasterlinien in diesen Chips Laser verwendet werden, jedoch aufgrund der hohen Schmelztemperatur Säure verwendet.

Ein weiteres Problem kam in Form von elektronischen Kabeln — die meisten Kabel geschmolzen wäre bei der Einwirkung von Wärmestrahlung auf eine solche Nähe zur Sonne. Um dieses Problem zu beheben Ingenieure aufgewachsen Röllchen aus saphirplatten Kristalle zu Spleißen die Drähte, und selbst gemacht Drähte aus Niob.

Um sicherzustellen, dass das Instrument bereit für die rauen Umgebungen, die Wissenschaftler mussten imitieren die Intensive Wärmestrahlung der Sonne im Labor. Zu schaffen, ein anständiges Niveau der Wärme, die Wissenschaftler verwendeten Teilchenbeschleuniger und IMAX-Strahler. Strahler die Wärme der Sonne nachgeahmt, und Teilchenbeschleuniger bestrahlt Schüssel. Um genau zu vergewissern, dass die Schüssel «Parker» in der Lage, die harten Bedingungen standhalten, wurde Одейлийская Solar-Ofen, die größte in der Welt, konzentriert sich die Wärme der Sonne mit Hilfe von 10 000 anpassbaren Spiegel.

Solar Sonde «Parker» bestanden Hurra — in der Tat, er arbeitete desto besser und desto mehr klare Ergebnisse gab, desto mehr ausgesetzt war Testumgebung. «Wir denken, dass die Strahlung beseitigte alle möglichenVerschmutzung», sagt Justine Kasper, researcher-Tools SWEAP. «Er ist in der Tat самоочистился».

Nähe der Sonne in der kühle

Einige andere Designs auf einem Gerät unterstützen Parker Solar Probe geschützt von der Wärme. Ohne Schutz Solarpanel — nutzen die Energie der Sterne für die Stromversorgung des Geräts kann zur überhitzung. Bei Annäherung an die Sonne, Solar array versteckt sich in den Schatten Hitzeschilder, so dass nur ein kleines Segment Open intensiven Strahlen der Sonne.

Aber je näher zur Sonne, desto mehr müssen wir schützen. Array-Batterien ausgestattet mit Kühlsystem ist erstaunlich einfach: der thermische Behälter, die das Kältemittel gefrieren während des Starts, zwei Kühlkörper, die nicht zulassen, dass Kältemittel gefrieren, Aluminiumlamellen für die Maximierung der Kühlfläche, die Pumpen für die Zirkulation des Kältemittels. Das Kühlsystem ist mächtig genug, um abzukühlen, einen kleinen Raum, und unterstützt ein array von Solarzellen und-Tools kalten und dient auch in der Wärme der Sonne.

Was ist das für ein Kältemittel? Etwa 3,7 Liter deionisiertem Wasser. Zwar gibt es viele Chemische Kältemittel Temperaturbereich, wird die Raumsonde ausgesetzt, schwankt zwischen 10 Grad und 125 Grad. Sehr wenige Flüssigkeit verarbeiten können solche Bereiche wie Wasser. Damit das Wasser nicht вскипала auf High-End-Temperaturen, es wird unter Druck, so dass der Siedepunkt höher 125 Grad.

Ein weiteres Problem mit dem Schutz jedes Raumfahrzeug — herauszufinden, wie man mit ihm zu kommunizieren. «Parker» wird zum größten Teil auf sich selbst gestellt. Für Kommunikation mit der Erde braucht das Licht acht Minuten — also Ingenieure kontrollieren Sie das Gerät nicht in der Lage, mit der Erde, wenn etwas schief geht.

Also, das Raumschiff muss autonom halten Sie sich in Sicherheit auf dem Weg zur Sonne. Mehrere sensoren, die Größe einer halben Handy, werden angebracht an den Körper des Raumschiffes auf dem Rand des Schattens von Hitzeschilds. Wenn eine dieser sensoren erkennt das Sonnenlicht, er warnt einen zentralen Computer und die Raumsonde korrigiert seine Position zu schützen, sensoren und anderen Tools. All dies soll geschehen ohne menschliches zutun, also die Software wird sorgfältig geprüft werden, vor, um alle Anpassungen im Laufenden Betrieb.

Start zur Sonne

Nach dem Start der «Parker» bestimmt die Position der Sonne, seinen Schutzschild und weiterhin seine Reise in den nächsten drei Monaten, wohliger Wärme der Sonne und kämpft gegen den kalten Vakuum des Weltraums.

Seit sieben Jahren geplanten Dauer des Fluges Raumsonde обогнет Stern 24-mal in einer Umlaufbahn. Bei jeder Runde wird er näher auf die Sonne und das sammeln von Proben des Sonnenwindes, studieren die Krone und dienen Augen für unsere Wissenschaftler.