美国宇航局的帕克太阳能探测器将前往太阳，最后将深入太阳大气层，这比之前的任何任务都要更深入。

帕克太阳探测器环绕太阳的插图。图片：NASA/JHUAPL

在太阳大气这里，也就是日冕区域，帕克太阳能探测器将提供前所未有的观测，以了解推动粒子，能量和热量通过该区域的范围。在日冕内部，当然，它的温度难以想象。帕克将穿越极高温的物质，同时受到强烈的阳光照射。

帕克为什么不融化？

帕克太阳探测器的设计就是为了抵御极端条件和飞行任务中温度的波动。关键在于它有一个自定义热屏蔽系统和一个自动保护系统，帮助保护帕克免受太阳光的直射，但确实日冕的物质会“触摸”到帕克。

美国宇航局的帕克太阳能探测器正前往太阳。为什么太空船不会融化？热保护系统工程师贝特西·康登(JohnsHopkinsAPL)向在场记者描述了帕克能够承受热量的原因。

要理解什么能保证航天器及其仪器的安全，关键之一就是要理解热与温度的概念。

温度测量粒子移动的速度，而热量则测量粒子传递的总能量。粒子可能移动得很快(高温)，但如果它们很少，它们就不会传递太多的能量(低热)，所以很少有粒子能够将能量传递给航天器。

例如，帕克太阳探测器通过的日冕具有极高的温度，但其密度很低。想想把你的手放在100摄氏度的烤箱里和把它放在沸水里的区别(不要尝试哦！)在烤箱里你的手可以承受比在水里更长的时间，因为在水里它必须与更多的粒子相互作用。类似的，与可见的太阳表面相比，日冕密度较低，因此航天器与较少的热粒子相互作用，并没有那么高的热量。

这意味着，虽然帕克太阳能探测器将在太阳的日冕空间中运行，但太阳的隔热层表面只会被加热到华氏2500度(约1400摄氏度)。

一个保护它的盾牌

当然，几千华氏度的温度仍然非常热。(相比之下，火山喷发产生的熔岩可在1300至2200 F(也就是700至1200摄氏度)之间，为了抵御这种热量，帕克太阳能探测器使用了一种称为热保护系统的特别保护系统——TPS。TPS直径为8英尺(2.4米)，厚度为4.5英寸(约115毫米)。这些保护就意味着，在屏蔽的另一边，航天器主体将处于一个非常合适工作的环境(35摄氏度左右）。

TPS由约翰霍普金斯应用物理实验室设计，主体使用的是夹在两个碳板之间的碳复合泡沫。这种轻质隔热材料将伴随着白色陶瓷涂料在日光板上的反射，尽可能减少热量。经测试，TPS能承受高达3000华氏度(1650摄氏度)的热量，可以处理太阳发出的任何热量，这就说明所以仪器都是安全的。

太阳探测杯

帕克的所有部分不会都在TPS的后面。有一部分突出来是为了更好的预测和自卫。

太阳探测杯是帕克太阳能探头上不受热罩保护的仪器。这个仪器被也被称为法拉第杯，它是用来测量太阳风中离子、电子通量和流动角度的传感器。由于太阳大气的强度，必须设计独特的技术，以确保仪器不仅能够生存，而且船上的电子设备也能发送准确的读数。

杯子本身是由钛，锆和钼组成的，一种钼合金，熔点约为4260 F(2349 C)。产生太阳能探测杯电场的芯片是由钨制成的，钨是已知熔点最高的金属，熔点为6192 F(3 422 C)。

另一个挑战来自于电子线路，在离太阳如此之近的地方，大部分线路都会因为暴露在热辐射下而融化。为了解决这个问题，研究小组培育了蓝宝石晶体管来悬吊电线，并配合了铌来制造电线。

帕克太阳能探测器的主体热屏蔽系统是由两个碳复合材料的面板构成的，夹着一个重量4.5英寸厚的碳泡沫芯。为了尽可能多地将太阳能量反射到远离航天器的地方，隔热罩面向太阳的一面也被喷上了一层特殊的白色涂层。

为了确保仪器能够适应恶劣的环境，研究人员需要在实验室中模拟太阳的强烈热辐射。为了创造测试热量的水平，研究人员使用粒子加速器和IMAX投影仪来提高温度。投影仪模拟太阳的热量，而粒子加速器使杯子暴露在辐射之下，以确保杯子在强烈的条件下能够测量加速粒子和完成任务。可以肯定的是，太阳探测杯能够承受恶劣的环境。

最后太阳探测杯以惊人的成绩通过了测试。的确，它在测试环境中的暴露时间越长，它的表现就越好，结果也越清晰。

帕克必须保持凉爽

航天器上的其他几种设计使帕克太阳能探测器免受高温的影响。在没有保护的情况下，太阳能电池板利用太阳的能量来为航天器提供动力。在每次接近太阳的时候，太阳阵列都会在热屏蔽的阴影后面收缩，只留下一小部分暴露在太阳的强烈射线下。

太阳能电池组有一个令人惊讶的冷却系统：一个加热的水箱，使冷却液在发射过程中不冻结；两个散热器，防止冷却剂冻结；特制铝片，使冷却表面最大化；泵，以循环冷却剂。冷却系统的范围足够强大，足以冷却一个平均大小的客厅。

帕克的另一个问题是如何与它沟通。到达地球的光都需要8分钟。也就是说，如果到时候出了问题，需要地面工程师的协助，那就来不及了，太晚了。

因此，航天器的设计是为了保持自身的安全和轨道。所以帕克有几个传感器，大约有手机一半的大小，沿着阴影的边缘连接到航天器的部分。如果这些传感器中的任何一个探测到阳光，它们就会提醒中央计算机，航天器可以调整其位置，以保持传感器和其他仪器收到安全保护。这一切都必须在没有任何人干预的情况下完成，所以中央计算机软件已经被编程并进行了很多次测试，以确保所有的修正都可以在飞行中完成。

出处：头条号 @宇宙与科学