美国国家航空航天局的帕克太阳探测器将于今年夏天进入近太阳轨道,使其成为世界上最大的太阳探测器第一次近距离观察恒星.
这艘汽车大小的宇宙飞船将在距离太阳表面380万英里的日冕区域停留。这将使它能够前所未有地详细了解太阳风携带高带电粒子到遥远的海王星。
在这一点上,它也将受到强烈的热量和温度。日冕的温度从1万华氏度到某些地区的100多万华氏度不等。
长期以来,人们一直认为,没有什么东西能飞得离太阳这么近而不被强烈的热量和辐射分解。然而,帕克太阳探测器配备了基本和先进的技术,以防止它在阳光下融化。万博体育登录首页
热量与温度
了解热量不同于温度是很重要的。温度测量粒子运动的速度,而热量表示粒子传递了多少能量。
高温并不总是意味着高能量传递。这些粒子可以以极高的速度运动,但它们的数量太少,无法将能量以热的形式传递给另一个物体。在太空中,很少有粒子能使航天器升温。
举个离地球更近的例子,把手放在加热的烤箱里要比放在一锅沸水里容易得多。这是因为在烤箱里高速运动的粒子比在一锅水里少得多。
太阳的日冕可以达到温度高达数百万度但它没有足够的粒子来将探测器加热到那个水平。在隔热罩外面,温度只有华氏2500度。
防热罩
为了进一步减少热量,帕克太阳能探测器被覆盖在4.5英寸的碳复合泡沫层中,该层插入碳板之间。在朝向太阳的一面,防护罩被涂上白色陶瓷涂料,以尽可能多地反射来自太阳的光线。
的防热罩可以抵挡高达3000华氏度的高温,并将探测器内部的温度控制在可控的80华氏度。然而,并不是所有的仪器都有防热罩保护。法拉第杯是一种用来测量太阳风中离子和电子通量的工具,它将像热防护板上的大拇指一样伸出来。
为了防止它在阳光下融化,杯子由钼合金制成,可以承受高达4260华氏度的高温。杯子所用的芯片是由钨制成的,钨是人类已知的熔点最高的金属,达到6192华氏度。
在实验室里试验和测试
为了确保法拉第杯能够承受太阳的高温,美国宇航局的专家们将其置于与轨道上类似的条件下。
科学家们使用粒子加速器用辐射轰击杯子,并用IMAX放映机模拟太阳的热量。他们还使用了奥德罗太阳能炉,它通过10000面镜子将太阳的热量集中起来。
结果呢?帕克太阳探测器的法拉第杯很容易承受热、温度、光和辐射。事实上,杯子暴露在环境中的时间越长,它的表现就越好。
“我们认为辐射消除了任何潜在的污染,”说密歇根大学SWEAP仪器的首席研究员Justin Kasper说。“它基本上是自己清理的。”
自动冷却系统
美国国家航空航天局在飞船上安装了太阳能电池板,可以利用太阳的能量。随着宇宙飞船越来越靠近太阳,太阳能电池板在隔热罩的阴影下收缩,只留下一小部分暴露在外。
该探头还配备了一个看似简单的冷却系统,可以轻松地为客厅降温。该系统包括一个加热水箱和两个散热器,以防止冷却剂冻结,铝翅片和泵,以保持冷却剂流动。
冷却剂是由沸点高于257华氏度的加压去离子水制成的。加热和泵送元件之间的平衡使水保持足够的温度,使其不会结冰,同时又保持足够的温度,使其不会沸腾。
放置在隔热罩阴影处的传感器也被放置来探测阳光。如果传感器探测到光线,它们就通知主计算机,然后主计算机重新定位探头,使其远离光线。