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[视频]技术答疑:帕克太阳探测器如何承受日冕的百万华氏度高温?

发布时间:2018-07-21 12:28:17
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为了实现最佳观测,NASA 希望该探测器可以实现 24 次轨道机动。它被设计成在太阳的日冕中运行,这里是太阳大气层中非常热的一个区域,物质温度超过了百万华氏度。

为了让它能够在任务中幸存,科学家们在该项目上运用了大量高科技材料和物理知识。NASA 解释到 —— 物理方面的事情,最终还是归结于热量和温度。

尽管高温材料可以承受环绕太阳的百万华氏度高温,但由于它们的移动速度极快、且数量相对稀少,其实际接收和传递的热量其实很少。

以帕克太阳探测器通过日冕为例,虽然它的温度极高、但密度其实很低。

这意味着,当帕克太阳探测器在一个温度高达几百万华氏度的空间中穿行时,隔热罩向阳面只会被加热到 2500 华氏度(约 1400 摄氏度)。

此时安装在探测器前部,由约翰霍普金斯大学应用物理实验室的专家们设计的直径 8 英寸的热保护系统(TPS 防护罩),就可以提供良好的保障。

Why Won't it Melt - How NASA's Solar Probe will Survive the Sun(via

在碳复合泡沫的两边覆上碳板,以形成一个三明治结构,然后用一层白色的陶瓷涂料来完成封装。

尽管厚度只有 4.5 英寸,但这种材料涂层的组合,意味着 TPS 可经受高达 3000 华氏度的高温。而在它背后的飞船本体,温度其实只有 85 ℉左右。

其中包含的工具之一,叫做太阳能探测杯(Solar Probe Cup),它可以测量太阳风中含有的离子、电子的通量(fluxe)和流角(flow angle)。

它由多层钛-锆-钼(Titanium-Zirconium-Molybdenum)材料制成:

其熔点大约是 4260 ℉,结合钨芯片的话,它在升温至 6192 ℉ 前都不会被融化。此外,铌(Niobium)制电缆被悬挂在特别生长的蓝宝石水晶管中。

鉴于首次测试不能直接抵近太阳,NASA 还在地球上搭建了一个模拟器,并用一台粒子加速器来模拟辐射,看太阳探测杯能读取到什么样的数据。

Blowtorch vs Heat Shield(via

与此同时,IMAX 投影仪模拟了它需要承受的那种猛烈的高温,然后将它送入 Odeillo 太阳能炉:

在距离恒星 9296 万英里远的地方,其充当了太阳能量的放大器,接着加入特殊冷却的太阳能电池阵列。

它会在 TPS 边缘稍微露出一角,以减少曝光量,而自主飞控系统会借助太阳传感器来校正探测器的姿态。

NASA 表示,这样设计的话,整套系统就能够有效地实现自我导航。传感器会锁定太阳方位,然后与 TPS 始终保持一致。

[编译自:SlashGear]

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