Как солнечный зонд НАСА «коснётся» солнца и не расплавится

Один из самых амбициозных проектов НАСА — солнечный зонд Parker , который окажется ближе всего к поверхности Солнца.

Три ближайших орбиты, а за ними следует зонд Паркер — расстояние 6,1 миллиона километров от поверхности Солнца, внешней атмосферы (или короны) Солнца, где температура достигает миллионов градусов Кельвина.

Чтобы противостоять такой среде, зонд снабдят очень эффективной теплозащитой. Следует знать, что даже самая устойчивая тепловая защита будет плавиться в таких условиях. Для сравнения, температуры поверхности около 460 °C (733 Кельвина) в 1980-х годах способствовали довольно быстрому отказу в электронных пробках.

Чтобы понять, как лучше всего защитить зонд Parker, вам нужно знать разницу между температурой и теплом, а также понять термин «плотность пространства».

Температура — мера того, как быстро движутся частицы, но тепло измеряет количеством переносимой энергии. В космосе частицы двигаются очень быстро, но без переноса большого количества тепла, поскольку между этими частицами лежит много пространства.

«Корона, через которую предстоит пройти зонду Parker Solar, имеет чрезвычайно высокую температуру, но очень низкую плотность» — говорит Сюзанна Дарлинг, сотрудница NASA.
«Подумайте о различии между тем, как засунуть руку в горячую духовку и опустить её в кастрюлю с кипящей водой: в духовке ваша рука может выдерживать температуры намного выше, чем в воде, где она будет взаимодействовать с гораздо большим количеством частиц. Аналогично, видимая поверхность Солнца (корона) — она менее плотная. Поэтому космический аппарат не получает столько тепла».

Это означает, что теплозащитный экран, который защищает большую часть приборов на борту зонда, будет нагреваться только до 1370-1644 ° C (по Цельсию).
Тепловая защита состоит из двух углеродистых композитных панелей, которые охватывают сердцевину углеродистой пены толщиной 11,5 см. Это действительно впечатляющая технология.
Сторона, обращённая к Солнцу, окрашена яркой белой керамической краской, чтобы отразить как можно большее количество солнечного света. Открытое поле имеет диаметр около 2,4 метра. Тепловой экран весит всего 72,5 килограмма, благодаря использованию очень лёгкой пены.
Это покажется неожиданным, но всё, что стоит за этой защитной панелью, будет иметь температуру ниже 30 °C (300 Кельвинов).

Зонд также состоит из своего рода «чаши» Фарадея. Это используется для захвата заряженных частиц для измерения их потока. Он изготовлен из титан-цирконий-молибдена, который имеет температуру плавления около 2349 °С.
Микросхемы, которые производят электрическое поле прибора, выковываются из вольфрама, металл с самой высокой точкой плавления 3422 ° C (3695 Кельвина).
Электропроводка выполнена из ниобия. Ниобий также имеет очень высокую температуру плавления (2750 Кельвина). Датчики, размещённые на корпусе аппарата, помогут ему исправить свою ориентацию, чтобы тонкая измерительная аппаратура не подвергалась прямому воздействию горящих лучей Солнца.

Что касается солнечных панелей, используемых для сбора солнечной энергии для питания зонда, они убираются за теплозащитный экран, для предотвращения перегрева, когда зонд слишком близко подойдёт к Солнцу.
Весь зонд охлаждается деионизированной водой под давлением. Деионизированная вода — лучший выбор жидкости для выдерживания экстремальных температур, на которые будет рассчитан Parker.

Таким образом, великий подвиг техники, который, мы надеемся, скоро произойдёт, позволит нам узнать больше о нашем дорогом Солнце: о его атмосфере, солнечных ветрах, выбросах корональной массы и многих других явлениях.