Podróż do Słońca: dlaczego słoneczny sonda "Parker" nie roztopi?

W lecie NASA wyśle słoneczny sonda "Parker" (Parker Solar Probe) do Słońca i ten wnika głęboko w atmosferę światła, głębiej niż jakakolwiek misja do niego. Gdyby Ziemia była na jednym końcu metrowy kij, a Słońce na innym, słoneczny sonda nadaje się na dziesięć centymetrów do powierzchni gwiazdy. Będąc w tej części słonecznej atmosferze, znany jako korona, Parker Solar Probe zapewni niespotykaną obserwacji tego, co steruje tymi wszystkimi cząstkami, energią i ciepłem, курсирующими w koronie, i uruchamia to przez cały układ Słoneczny, daleko poza Neptuna.

W koronie, oczywiście, niewyobrażalnie gorąco. Statek kosmiczny będzie podróżować przez materiał z temperaturą ponad milion stopni Celsjusza pod ciągłe bombardowanie intensywne działanie promieni słonecznych.

Dlaczego Parker Solar Probe nie roztopi?

Aby zrozumieć, że obsługuje statek kosmiczny i jego narzędzia bezpieczeństwa, trzeba zrozumieć pojęcie relacji ciepła i temperatury. Rzecz w tym, że wysokie temperatury nie zawsze przechodzą w faktyczne grzanie innego obiektu.

W kosmosie temperatura może być tysiące stopni, ale konkretny obiekt nie będzie się nagrzewać, upału nie odczuwa. Dlaczego? Temperatura od prędkości ruchu cząstek, podczas gdy ciepło jest mierzona całkowitą ilością energii, którą przenoszą. Cząstki mogą poruszać się szybko (wysoka temperatura), ale jeśli będzie ich trochę, to i energii będzie trochę (mało ciepła). Ponieważ kosmos w większości pusty, bardzo niewielu cząstki mogą przekazać energię urządzenia.

Korona, przez którą leci sonda "Parker", na przykład, ma bardzo wysoką temperaturą, ale bardzo niskiej gęstości. Pomyśl o różnicy między tym, jak wsadzić rękę do gorącego piekarnika i włożyć ją do garnka z wrzącą wodą (tylko nie rób tego) — w piecu twoja ręka może wytrzymać znacznie wyższą temperaturę przez dłuższy czas, niż w wodzie, gdzie będzie musiała współpracować z ogromną ilością cząstek. Podobnie, jeśli porównać z widoczną powierzchnią Słońca, korona mniej gęsta, więc statek kosmiczny взаимодействут z mniejszą ilość gorących cząstek i mocno się nie nagrzewa.

To znaczy, że chociaż "Parker" będzie poruszać się w przestrzeni przy temperaturze kilku milionów stopni, powierzchnia ciepła tarczy, która jest skierowana na Słońce, będzie się nagrzewać do 2500 stopni Celsjusza (to 1400 stopni Celsjusza).

tarcza Ochronna

Oczywiście, kilka tysięcy stopni to jeszcze fantastycznie gorąco. (Dla porównania, lawa z erupcji wulkanicznej może być temperaturze od 700 do 1200 stopni). I aby wytrzymać to ciepło, w sondzie "Parker" potrzebuje ciepła tarcza o nazwie Thermal Protection System (TPS), 2,4 m średnicy i 115 milimetrów grubości. Te kilka centymetrów ochrony oznacza, że tylko jedna strona tarczy, gdzie znajduje się obudowa urządzenia, będzie w komfortowej temperaturze 30 stopni.

TPS został opracowany w Laboratorium fizyki stosowanej johns Hopkins i zbudowany Carbon-Carbon Advanced Technologies, którzy wzięli węgiel композитную pianę i w pułapce między dwoma углеродными płytkami. Ta lekka izolacja będzie towarzyszyć powłoką białą керамическо farby na słonecznej stronie, aby odzwierciedlać ciepło na maksimum. Badania wykazały, że tarcza jest w stanie wytrzymać temperaturę w 1650 stopni i chronić urządzenia z dowolnego ciepła wysyłanego przez Słońce.

Pomiar wiatru za pomocą miski

Nie wszystkie narzędzia "Parkera" będą za tarczą TPS.

Nieco powyżej ciepła tarczy znajduje się Solar Probe Cup — jeden z dwóch narzędzi "Parkera", nie chronionych specjalną tarczą. To narzędzie jest znany jako kielich (lub kolektor) Faradaya, czujnik do pomiaru lamp błyskowych jonów i elektronów i kątów strumieni wiatru słonecznego. Z powodu intensywności atmosfery słonecznej potrzebne są unikalne technologie, które gwarantują, że narzędzie nie tylko przeżyje lot, ale i będzie mógł wysłać dokładne dane z powrotem.

Sama miska wykonana z tytanu-cyrkon-molibdenowej płytek ze stopu molibdenu z punktem topnienia 2349 stopni Celsjusza. Chipy, wytwarzające pole elektryczne dla "Parkera", wykonane z wolframu, metalu z najwyższej temperaturze topnienia (3422 stopni). Zazwyczaj do trawienia linii siatki w te żetony są używane lasery, jednak ze względu na wysoką temperaturę topnienia stosowano kwas.

Innym problemem przyszła w formie elektronicznej kabli — większość kabli stopione by przy oddziaływaniu promieniowania cieplnego w takiej odległości od Słońca. Aby rozwiązać ten problem, inżynierowie wychowują rurki z szafir kryształów, aby zewrzeć przewody, i zrobili to sami przewody z niobu.

Aby upewnić się, że narzędzie jest gotowe do trudnych warunków środowiska, naukowcom trzeba było symulować intensywne promieniowanie cieplne słońca w laboratorium. Aby stworzyć przyzwoity poziom ciepła, naukowcy wykorzystali akcelerator cząstek i projektory IMAX. Reflektory naśladować ciepło słońca, a akcelerator cząstek облучал kielich. Aby upewnić się, że miska "Parkera" będzie w stanie wytrzymać trudne warunki, użyto Одейлийская słoneczna mikrofalowa, największa na świecie, która koncentruje ciepło słońca za pomocą 10 000 niestandardowych lusterek.

Słoneczny sonda "Parker" przeszedł testy na ura — w rzeczywistości, on pracował, tym lepiej i tym bardziej wyraźne wyniki podawał, im bardziej był narażony na działanie środowiska demonstracyjnego. "Uważamy, że promieniowanie rozwiąże wszelkie możliwezanieczyszczenia", mówi Justin Kacper, badacz narzędzi SWEAP. "Jest w istocie самоочистился".

w Pobliżu słońca, w chłodzie

Wiele innych wzorów na statku urządzenia obsługują Parker Solar Probe chronionych od ciepła. Bez ochrony panele słoneczne, które wykorzystują energię najniższej gwiazdy do zasilania urządzenia — może się przegrzać. W miarę zbliżania się do słońca, słoneczny tablica chowa się w cień ciepła tarczy, pozostawiając tylko niewielki segment open intensywne promienie słońca.

Ale im bliżej słońca, tym więcej potrzebujemy ochrony. Tablica akumulatorów wyposażony w niezwykle prosty system chłodzenia: termiczny pojemnik, który nie daje przepływ chłodziwa zamarznąć podczas uruchamiania, dwa chłodnicy, które nie dają przepływ chłodziwa zamarznąć, aluminiowe łopatki do maksymalizacji powierzchni chłodzenia, pompy do obiegu czynnika chłodniczego. Układ chłodzenia jest na tyle mocna, aby schłodzić mały pokój, i będzie wspierać szereg ogniw słonecznych i narzędzia zimne i sprawnymi nawet w cieple Słońca.

Co to za czynnik chłodzący? Około 3,7 litrów wody dejonizowanej. Chociaż istnieje wiele czynników chemicznych, zakres temperatur, w których będzie narażony na statek kosmiczny, waha się między 10 stopni i 125 stopni. Bardzo niewiele płynu mogą przetwarzać takie zakresy, jak woda. Aby woda nie вскипала na wysokim końcu temperatur, będzie znajdować się pod ciśnieniem, więc temperatura wrzenia będzie powyżej 125 stopni.

Inny problem z ochroną każdego statku kosmicznego — dowiedzieć się, jak z nim rozmawiać. "Parker" będzie w przeważającej części jest pozostawiony samemu sobie. Dla wiadomości z Ziemią światło trzeba osiem minut — dlatego inżynierowie nie będą mogli kontrolować urządzenie z Ziemi, jeśli coś pójdzie nie tak.

W Ten sposób, statek kosmiczny musi samodzielnie utrzymywać się bezpiecznie na drodze do słońca. Kilka czujników, wielkości połowy telefonu komórkowego, zostaną dołączone do ciała statku kosmicznego na krawędzi cienia od ciepła ekranu. Jeśli któreś z tych czujników wykryje światło słoneczne, on ostrzega centralny komputer i statek kosmiczny poprawi swoją pozycję, aby chronić czujniki i inne narzędzia. Wszystko to powinno zdarzać się bez ingerencji człowieka, dlatego oprogramowanie będzie dokładnie sprawdzane, aby wprowadzić wszystkie poprawki na bieżąco.

Uruchom do Słońca

Po uruchomieniu "Parker" określa położenie Słońca, wyrówna ekran ochronny i kontynuuje swoją podróż w ciągu najbliższych trzech miesięcy, witając ciepło Słońca i chroniąc się przed zimnym próżni kosmosu.

W ciągu siedmiu lat zaplanowanego czasu trwania lotu statek kosmiczny обогнет gwiazdę po orbicie 24 razy. W każdym okręgu będzie zbliżać się do Słońca i zbierać próbki wiatru słonecznego, uczyć się korony i służyć oczami dla naszych naukowców.