Denna sommar NASA kommer att skicka en solar probe, “Parker” (Parker Solar Probe) till Solen och kommer att tränga djupt in i atmosfären av solen, djupare än alla uppdrag innan det. Om Jorden var i ena änden av mätaren stick och Solen på den andra, solar probe kommer att närma sig tio centimeter på ytan av stjärnan. Att vara i denna del av solens atmosfär känd som corona, Parker Solar Probe kommer att ge oöverträffad observationer som hanterar alla dessa partiklar, energi och värme, som körs i kronan, och kör det genom solsystemet, långt bortom Neptunus.
I kronan, naturligtvis, otroligt varmt. Rymdfarkosten kommer att resa genom materialet med temperatur över en miljon grader Fahrenheit under ständig beskjutning av intensivt solljus.
Varför Parker Solar Probe smälter?
För att förstå vad som håller en rymdfarkost och dess instrument säker, du behöver för att förstå konceptet av förhållandet mellan värme och temperatur. Det faktum att höga temperaturer inte alltid förvandlas till riktiga värmen annat objekt.
I rymden kan temperaturen vara tusentals grader, men inga specifika objekt för att värmas upp, värmen inte kommer att märkas. Varför? Temperaturen bestäms av hastigheten hos partiklarna, då värmen är mätt som den totala mängden energi som de bär. Partiklar kan röra sig snabbt (hög temperatur), men om den är låg, då energi kommer att vara lite (lite värme). Eftersom utrymmet är mestadels tom, väldigt få partiklar kan överföra energi till apparater.
Kronan, genom vilken flying probe “Parker”, till exempel, har en mycket hög temperatur, men mycket låg densitet. Tänk om skillnaden mellan hur man sätter handen i den varma ugnen och stick den i en kastrull med kokande vatten (bara inte göra det) — i ugnen din hand kan klara en betydligt högre temperatur under längre tid än i vattnet, där det kommer att interagera med ett stort antal partiklar. På samma sätt, jämfört med den synliga ytan av Solen, kronan är mindre tät, så rymdfarkosten vzaimodeistvuet med färre heta partiklar och är inte starkt uppvärmd.
Detta innebär att även om Parker kommer att röra sig genom rymden med temperaturer på flera miljoner grader, ytan av värme sköld, som syftar till att Solen kommer att värma upp endast till 2500 grader Fahrenheit (som är 1400 grader Celsius).
Skyddande sköld
Naturligtvis flera tusen grader — det är fortfarande fantastiskt varm. (För jämförelse, lavan från ett vulkanutbrott kan vara den temperatur från 700 till 1200 grader). Och för att klara denna värme, sond Parker behöver en värmesköld, som kallas Termisk Protection System (TPS), 2.4 meter i diameter och 115 mm tjock. De som är några centimeter över skyddet innebär att bara en sida av skölden där Skåpet kommer att vara i en behaglig temperatur av 30 grader.
TPS har utvecklats av applied physics Laboratory vid Johns Hopkins och byggd av kol-Kol-Avancerad Teknik, som tog kol komposit skum och kläms mellan två kol plattor. Denna lätt isolering kommer att åtföljas av en beläggning av vit keramisk färg på solen sida för att reflektera värmen till max. Tester visade att den sköld som tål temperaturer till 1650 grader, och för att skydda anordningarna från någon värme avges från Solen.
Vinden mätning med Cup
Inte alla verktyg är “Parker” kommer att vara en sköld för TPS.
Precis ovanför värmeskölden Solar Probe Cup är ett av två instrument “Parker”, som inte skyddas av en värmesköld. Detta verktyg kallas Cup (eller collector) Faraday-sensor för att mäta utbrott av joner och elektroner och vinklar av strömmar av solvinden. På grund av intensiteten i solens atmosfär kräver en unik teknik som säkerställer att verktyget inte bara överleva flygresan, men kommer att kunna skicka korrekta uppgifter tillbaka.
Koppen i sig är gjord av titan-zirkonium-molybden plattor, molybden legering med smältpunkt är 2349 grader Celsius. Marker som producerar ett elektriskt fält för att “Parker” som volfram, metall med högsta smältpunkten (3422 grader). Typiskt, för etsning av linjerna i dessa marker används i lasrar, men på grund av den höga smälttemperaturer som används syra.
Ett annat problem som kom i form av elektroniska kablar — de flesta kablar skulle smälta när de exponeras för termisk strålning i sådan närhet till Solen. För att lösa detta problem, ingenjörer upp röret av safir kristaller för att hot wire och gjorde tråd av niob.
För att se till att verktyget är redo för den tuffa miljön, forskare som behövs för att simulera intensiv värmestrålning från solen i laboratoriet. För att skapa en anständig nivå av värme, forskarna använde en partikel accelerator och projektorer IMAX. Strålkastare imiterade värmen från solen, och partikel accelerator bestrålade skålen. Bara för att se till att skålen är “Parker” kommer att kunna tåla de hårda villkor som används för Odalisca solar ugn, världens största, som är inriktad värmen från solen i 10 000 anpassad speglar.
Solar probe Parker klarat provet för att heja på — i själva verket arbetade han desto bättre och mer exakta resultat ges, mer utsattes för test miljö. “Vi tror att den strålning som elimineras eventuella föroreningar,” sade Justin Kasper, SWEAP forskare verktyg. “Det är i huvudsak samoochistilsya”.
Nära solen i den svala
Flera andra strukturer på rymdfarkoster för att stödja Solar Probe Parker skyddade från värme. Utan skydd av solpaneler som använder energy star sig till makten, kan enheten överhettas. När den närmar sig solen, solar array dolda i skuggan av värmen skölden, lämnar endast ett litet segment öppna den intensiva strålar.
Men närmare solen, desto mer du behöver skydd. Array batteriet är utrustad med den otroligt enkelt kylsystem: termisk tank, som förhindrar kylvätska från frysning under start, två element, som inte ger utrymme för köldmediet för att frysa, aluminium blad för att maximera den kylande ytan, pumpar för cirkulation av kylmedel. Kylsystemet är tillräckligt kraftfulla för att kyla ett litet rum, och kommer att stödja en array med solpaneler och verktyg cool och fungerar även i värmen av Solen.
Vilken typ av köldmedium? Cirka 3,7 liter avjoniserat vatten. Även om det finns många kemiska köldmedier temperaturområde, som kommer att vara rymdfarkoster varierar mellan 10 grader och 125 grader. Mycket få av vätskor kan hantera sådana områden. Hindra vattnet från att koka på hög i slutet av temperaturer, kommer det att vara under press, så kokpunkten kommer att vara över 125 grader.
Ett annat problem med försvaret i alla rymdfarkoster är att räkna ut hur att kommunicera med honom. “Parker” kommer att vara mestadels vänster till sig själv. För kommunikation med Jorden, ljus tar åtta minuter — så att ingenjörer kommer inte att kunna styra kameran från Marken om något går fel.
Alltså, rymdfarkosten skall självständigt upprätthålla säkra på väg till solen. Flera sensorer halva storleken av en mobiltelefon, kommer att vara ansluten till kroppen för rymdfarkoster vid kanten av skuggan från värmeskölden. Om någon av dessa sensorer känner av solljus, informera den Centrala datorn och rymdfarkoster kommer att korrigera sin position för att skydda sensorer och andra instrument. Allt detta skall ske utan mänsklig inblandning, så programmet kommer att övervakas noggrant för att göra några justeringar i farten.
Kör till Solen
Efter att ha börjat “Parker” kommer att bestämma positionen för Solen, kommer att anpassa den skyddande skärmen och fortsätta din resa under de kommande tre månaderna, välkomnande värmen från Solen och skyddad från kalla vakuum i rymden.
För sju år den planerade resan rymdfarkost kommer att omringa stjärnan i sin bana 24 gånger. Vid varje omgång kommer det att vara närmare Solen och för att samla in prover av solvinden, för att studera corona och fungera som ögonen för våra forskare.
Resa till Solen: varför solar probe Parker smälter?
Ilya Hel