前往太阳:为什么赢’T帕克太阳能探头融化了吗?

今年夏天,美国宇航局’S Parker Solar探头将推出以靠近阳光,更深入到太阳气氛,而不是在它之前的任务。如果地球在院子里的一端和其他阳光下,帕克太阳能探头将在4英寸的太阳能下。

在太阳能大气的内部,一个被称为电晕的区域,帕克太阳能探头将提供前所未有的观察,这些观察到通过该地区的广泛粒子,能量和热量的方式—向外剥落到太阳系和远远过去海王星的颗粒。

在科罗纳里面,它’当然,也是难以想象的炎热。航天器将通过高于一百万华氏度的温度,在轰击强烈的阳光下轰击。

所以,为什么赢了’t it melt?

帕克太阳能探头旨在承受特派团的极端条件和温度波动。关键在于它的定制隔热罩和自主系统,有助于保护使命免受太阳’S强烈发光,但确实允许冠状物质“touch” the spacecraft.

它背后的科学’t Melt

理解宇宙飞船及其仪器安全的一个关键是理解热量与温度的概念。违反思考,高温并不总是转化为实际加热另一个物体。

在太空中,温度可以是数千度,而不为给定的物体或感觉热量提供显着的热量。为什么?温度测量快速粒子移动的程度,而热量测量它们转移的总能量。粒子可能快速(高温),但如果它们很少,他们赢得了’T转移大量能量(低温)。由于空间大多是空的,因此有很少的颗粒可以将能量传递到航天器。

例如,帕克太阳能探头的电晕具有极高的温度但非常低的密度。想想把手放入炎热的烤箱之间的差异,将它放在一罐沸水中(Don’在家里试试这个!)—在烤箱中,你的手可以承受明显的温度比在水中更长的温度,它必须与更多粒子相互作用。同样地,与太阳的可见表面相比,电晕较少密集,因此航天器与较少的热粒子相互作用,并不少’T接收热量。

这意味着虽然帕克太阳能探头将通过温度为数百万度的温度,但是遮阳的热屏蔽的表面只会被加热至约2,500华氏度(约1,400摄氏度)。

保护它的盾牌

当然,数千度华氏度仍然非常热。 (对于比较,来自火山喷发的熔岩可以是1,300到2,200 f(700和1,200 c)之间的任何地方,并承受热量,帕克太阳能探头利用称为热保护系统的热屏蔽,或者是8直径脚(2.4米)和4.5英寸(约115毫米)厚。这几英寸的保护意味着刚刚在屏蔽的另一侧,航天器身体将坐在舒适的85 f(30℃)。

TPS由Johns Hopkins应用物理实验室设计,并在碳 - 碳的先进技术中建造,使用夹在两个碳板之间的碳复合泡沫。这种轻质绝缘材料将伴随着朝向太阳板上的白色陶瓷涂料的整理触摸,以尽可能多的热量。测试耐受高达3,000°F(1,650℃),TPS可以处理任何热量,太阳可以发送其方式,保持几乎所有仪器安全。

测量风的杯子

但并非所有的太阳帕克探头仪器都会在TPS后面。

在隔热罩上戳出来,太阳能探头杯是帕克太阳能探头的两种仪器之一,不会受到隔热罩的保护。这个乐器是什么’S被称为法拉第杯,一个传感器,该传感器旨在测量离子和电子磁通量和来自太阳风的流动角度。由于太阳能大气的强度,必须设计独特的技术,以确保仪器不仅可以存活,而且电子产品也可以发送回复准确的读数。

杯子本身由钛 - 锆 - 钼,钼合金制成,熔点约为4,260f(2,349℃)。为太阳探针杯产生电场的芯片由钨制成,具有最高的已知熔点6,192f(3,422c)的金属。通常,激光器用于蚀刻这些芯片中的网格线—然而,由于高熔点酸必须代替酸。

另一个挑战以电子接线的形式出现—大多数电缆将从暴露于对太阳如此靠近的热辐射熔化。为了解决这个问题,该团队将蓝宝石晶体管悬挂,悬挂布线,并使电线从铌中。

要确保仪器准备好苛刻的环境,研究人员需要模仿太阳’在实验室中的强烈热辐射。为了创造一个测试价值水平的热量,研究人员使用了粒子加速器和IMAX投影仪—陪审团装配以提高温度。投影仪模仿太阳的热量,而粒子加速器暴露在辐射杯中以确保杯子可以在强烈条件下测量加速颗粒。绝对确定太阳能探头杯可以承受恶劣的环境,奥德罗太阳能炉—将太阳的热量集中在10,000个可调节镜子中—用于测试杯子抵抗强烈的太阳发射。

太阳能探头杯通过飞行的颜色通过了测试—实际上,它继续更好地表现更好,并更清楚地暴露于测试环境的结果。“我们认为辐射除去了任何潜在的污染,”贾斯汀·卡斯珀,密歇根大学SWEAP乐器的主要研究人员说。“它基本上清洁自己。”

宇宙飞船保持凉爽

航天器上的其他几个设计将帕克太阳能探头避开了热量。没有保护,太阳能电池板—使用从研究的恒星中使用能量来为航天器供电—可以过热。在每种方法到太阳,太阳阵列缩回了隔热罩’S影子,只留下一个暴露在太阳的小部分’s intense rays.

但靠近阳光,需要更多的保护。太阳阵列具有令人惊讶的简单冷却系统:加热罐,使冷却剂能够在发射期间冻结,两个散热器将使冷却剂保持冷冻,铝翅片最大化冷却表面,以及泵循环冷却剂。冷却系统足够强大,可以冷却平均大小的起居室,并将保持太阳阵列和仪器在太阳的热量中保持冷静和运作。

用于系统的冷却剂?大约加仑(3.7升)的去离子水。虽然存在大量的化学冷却剂,但是航天器将暴露在50 f(10c)和257f(125℃)之间变化的温度范围。很少有液体可以处理像水一样的范围。为了将水从温度的较高端保持沸腾,将被加压,因此沸点超过257f(125℃)。

保护任何航天器的另一个问题是弄清楚如何与之沟通。帕克太阳能探头将在很大程度上独自一人在旅程中。它需要八分钟才能到达地球—意思是,如果工程师不得不控制地球的航天器,那么当出现问题时,纠正它会太晚了。

因此,宇宙飞船旨在自主地保持安全和轨道到太阳。几个传感器,沿着隔热罩的阴影边缘附接到航天器的主体上。如果这些传感器中的任何一个检测到阳光,它们会提醒中央计算机,航天器可以纠正其保持传感器,以及安全保护的其余仪器。这一切都必须发生而没有任何人为干预,因此中央计算机软件已经编程并广泛测试,以确保可以在飞行中进行所有校正。

向太阳发射

发布后,帕克太阳能探头将检测到太阳的位置,对准热保护屏蔽以面对它,并继续下一个三个月的旅程,并从阳光的热量和寒冷的空间中保护自己。

在计划任务持续时间七年的过程中,航天器将使我们明星的24个轨道。在阳光下的每个接近的方法上,它将抽样太阳风,研究太阳’S corona,并从我们的明星周围提供了前所未有的观察—并掌握了它的创新技术,我们知道这将保持整个时间很酷。也可以看看:

主要帕克太阳能探头传感器最佳阳光模拟器 - 最后发射障碍



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