Parker Solar Probe: Jak NASA planuje „dotknąć słońca” i nie stopić się

Parker Solar Probe jest nie tylko jedną z najbardziej ambitnych misji NASA, ale zdaje się przeczyć logice. Pojazd kosmiczny, który ma wystartować tego lata, wejdzie w koronę słoneczną i przejdzie przez materiał o temperaturach powyżej miliona stopni Fahrenheita. Dlaczego więc nie stopi się?

Parker Solar Probe wyruszy w czwartek 4 sierpnia, kiedy NASA określi „misję 60 lat w trakcie produkcji”, która pojawi się w odległości czterech milionów mil od powierzchni, aby zebrać bezprecedensowe dane na temat korony słonecznej lub zewnętrznej atmosfery. Jeśli się powiedzie, stanie się pierwszym statkiem kosmicznym, który wejdzie w koronę słoneczną i będzie cieszyć się ciepłą temperaturą wewnętrzną zaledwie 85 stopni, podczas gdy jego zewnętrzna powłoka otacza blask słońca. Sonda będzie w istocie ucieleśnieniem psa „to jest w porządku”.

NASA ujawniła, dlaczego ten kosmiczny pies nie stopi się w tak ekstremalnym środowisku w czwartek. Aby zrozumieć, dlaczego sonda solarna Parker nie stopi się, agencja kosmiczna wyjaśniła kluczowe pojęcia dotyczące temperatury w zależności od temperatury, jej niestandardowej osłony termicznej i unikalnej innowacji statku kosmicznego.

Temperatura Parkera Solar Probe a temperatura

Różnica między temperaturą a temperaturą pomoże w uczynieniu misji Parker Solar Probe trochę bardziej (ale niewiele więcej) wykonalnej. Temperatura jest miarą tego, jak szybko poruszają się cząstki, podczas gdy ciepło odnosi się do tego, jaka część tej energii jest przenoszona. Tak więc w miejscu, które jest przeważnie puste jak przestrzeń, wysokie temperatury nie zawsze oznaczają wysokie temperatury. Cząstki mogą poruszać się szybko i wytwarzać wysoką temperaturę, ale ponieważ jest ich tak mało, nie przenoszą one tak dużej ilości ciepła na statek kosmiczny.

Podczas gdy Parker Solar Probe będzie podróżował przez przestrzeń temperatury o kilku milionach stopni, nie odczuje większości tego ciepła, a powierzchnia osłony cieplnej osiągnie tylko 2500 stopni Fahrenheita.

Osłona termiczna sondy słonecznej Parker

Jednak wciąż jest całkiem gorąco. Doświadczenie 2500 stopni Fahrenheita to nic, na co można się wyśmiać, a zapewnienie, że nie topiona sonda Parker Solar Probe może spowodować pewne opóźnienia w planowaniu startu. Aby wytrzymać ciepło, NASA zainstalowała osłonę znaną jako Thermal Protection System lub TPS.

Zaprojektowany przez Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, TPS jest wykonany z lekkiego rdzenia z pianki węglowej, który jest otoczony przez dwa panele kompozytowe węgiel-węgiel. Panel zwrócony w stronę słońca jest pokryty białą powłoką, która odbija jak najwięcej energii słonecznej od statku kosmicznego. Ma zaledwie 4,5 cala grubości, a mimo to oczekuje się, że utrzyma prawie wszystkie oprzyrządowanie bezpieczne.

Kubek pomiarowy Parker Solar Probe

Jednak nie każdy instrument będzie chroniony przez TPS. Kubek Faradaya jest czujnikiem, który będzie wystawał ponad osłonę cieplną, aby zmierzyć wiatr słoneczny, i aby uzyskać dokładny odczyt, nie może być chroniony przez TPS.

Dlaczego więc Faraday się nie topi?

„Ze względu na intensywność atmosfery słonecznej, unikalne technologie musiały zostać zaprojektowane, aby upewnić się, że instrument nie tylko przetrwa, ale także elektronika na pokładzie może odesłać dokładne odczyty”, wyjaśniła Susannah Darling z NASA. Kubek wykonany jest z arkuszy tytanu-cyrkonu-molibdenu, stopu molibdenu, co daje mu temperaturę topnienia około 4260 stopni Fahrenheita. Chipy wytwarzające pole elektryczne dla kubka Faradaya są wykonane z wolframu, metalu o najwyższej znanej temperaturze topnienia. Przy progu 6,192 stopni Fahrenheita przed stopieniem Faraday ma pokój wahadłowy do zbierania potrzebnych danych wiatru słonecznego.

Po uruchomieniu 4 sierpnia Parker Solar Probe użyje grawitacyjnego przyciągania Wenus, aby zmniejszyć orbitę wokół Słońca. Te przeloty potrwają około siedmiu lat, ostatecznie doprowadzając sondę do odległości 3,7 miliona mil od centrum Układu Słonecznego. Ostateczna pętla w słonecznej koronie spodziewana jest pod koniec 2024 roku. Ale dzięki tej mnogości innowacyjnych technologii, powinna być chłodna przez cały czas.