“帕克太陽探測器”不懼高溫觸日，它克服了多少技術難題？

比來，美國將發射環球矚目標“帕克太陽探測器”，它將前所未有地接近太陽，在嚴格的高暖和輻射前提下初次對太陽日冕進行采樣，對太陽風進行當作像處置，有望揭開一些有關太陽的一些謎團。

（圖：帕克太陽探測器來歷：NASA官網）

太陽謎團

太陽是地球的母親，為地球上的生命供給光和熱，但也會對地球情況和人類糊口帶來晦氣影響。例如，太陽耀斑爆發所發生的年夜量紫外線、X射線、γ射線和高能帶電粒子，能侵擾地球磁場，引起磁暴，粉碎電離層，造當作短波通信間斷，甚至危險地球上的生物。所以對太陽進行全方位的深切不雅測和探測，不僅有天體物理學上的意義，對人類的保存也很主要。

自古以來人類就不竭在研究太陽，并逐漸把握了不少有關太陽的常識。例如，太陽年夜氣從里標的目的外分為光球層、色球層、過渡區和日冕。可是，因為受手藝程度限制，今朝人類對太陽的領會仍是不敷深切，仍有不少太陽的未解之謎。

例如，太陽存在一種獨特現象，就是日冕的溫度遠遠高于光球層溫度，因為按照常識，離太陽概況越遠時，溫度應該越低，但事實卻正好相反；別的，太陽風是從太陽上層年夜氣標的目的整個太陽系不竭射出的超聲速等離子體帶電粒子流，令人詫異的是在接近太陽概況的處所并沒有任何較著的強風存在，而當太陽風抵達太陽系行星時，卻釀成了真正的“暴風”。這些現象一向讓科學家費解。

探測難于不雅測

科學家老是試圖用各類新手藝來深切研究太陽。當今，研究太陽的最好利器就是太陽不雅測衛星和太陽探測器，因為它們可不受地球自轉、地球與太陽的距離和地球年夜氣層等影響，近距離對太陽開展多波段、全時域、高分辯率和高精度的不雅測和探測，揭示太陽勾當機理，領會太陽的根基物理紀律。

近些年來，國外發射了不少太陽不雅測衛星。例如，太陽-B衛星、“日地關系不雅測臺”和“太陽動力學不雅測臺”等，而且已取得了較多的科研當作果。然而與太陽探測器比擬，太陽不雅測衛星仍然先天不足——離太陽仍是比力遠。

（圖片來歷：NASA官網）

正所謂，不入虎穴，焉得虎子。探測太陽也是如斯。與太陽不雅測衛星比擬，太陽探測器要飛離地球，在距離太陽更近的處所探測它，而且不受地球遮擋以及地球輻射帶影響，所以能獲得更全、更有科研價值的太陽數據。

不外，一切事物都是一分為二的。正因為太陽探測器要飛到距離太陽比力近的處所進行探測，所以其研制和運行難度都比太陽不雅測衛星年夜很多，尤其對其防熱辦法、軌道設計等要求更高，手藝十分復雜，挑戰龐大。

“帕克”耐熱秘籍

將于8月11日升空的“帕克太陽探測器”設計工作壽命約7年。在這時代它將繞太陽運行24圈，并逐漸接近太陽，最終達到距離太陽僅約600萬千米的處所進行探測。這將是太陽探測器初次飛入日冕區域，屆時它與太陽的距離只有德國太陽神2號探測器所創距離太陽比來的宿世界記載的1/7。

“帕克太陽探測器”將在跨越1400°C的高暖和強輻射流前提下直接對太陽日冕進行不雅測，為此，美國為“帕克太陽探測器”研制了一個直徑2.4米、12厘米厚、重73千克的碳復合材料防熱罩(TPS)。它像一塊三明治，兩塊碳纖維合當作板夾著11.5厘米厚的輕型碳泡沫芯構成，可承受1650°C高溫，幾乎可保障所有儀器的平安。

（圖：帕克太陽探測器來歷：NASA官網）

起首，具有遮陽傘功能的防熱罩裝在“帕克太陽探測器”頂部，其對太陽的一面被噴上特制的白色涂層，以盡可能地反射太陽的能量，為探測器的其余部門締造暗影。而采用三軸不變體例，可以確保“帕克太陽探測器”的太陽防熱罩能始終朝標的目的太陽，使探測器各裝配一向處于防熱罩的暗影中，溫度將連結在約29°C，從而免受太陽龐大高溫的輻照加熱。

其次，科學家在探測器內還加裝了由太陽能電池驅動冷卻泵等裝配。它是一個包含著5公升加壓水的輻射器，可像空調一樣給儀器降溫，使探測器上的儀器舉措措施可以或許不變在年夜約室溫的溫度規模，以研究磁場、等離子體和高能粒子，并在室溫下對太陽風進行當作像。

再次，其兩個太陽電池翼可以縮短擴展，也裝有冷卻系統。在每次接近太陽的過程中，當陽光過強時，太陽能電池翼都縮短到防熱罩之內，僅有一小部門表露在強烈陽光下，這部門依靠冷卻系統來獲得持久的電力供給。冷卻系統由熱管、散熱器和去離子水（作為冷卻液）等構成，熱管可把被加熱的去離子水導入散熱器，起到冷卻太陽電池翼的感化。因為去離子水被加壓，所以其沸點跨越125°C。

“帕克太陽探測器”還具有自我庇護功能。它裝有多個半個手機巨細的傳感器，分布在防熱罩暗影的邊緣。若是任何一個傳感器感知到陽光，便會提醒中心電腦，“帕克太陽探測器”隨即調整方位，確保傳感器及其它儀器的平安。

別的，為“帕克太陽探測器”設計的飛翔軌道對其防熱也有主要感化。它是借助借金星引力逐漸接近太陽的。

7次操縱金星引力變軌加快

發射后，“帕克太陽探測器”不是直飛太陽而是駛標的目的金星，以便經由過程金星的引力感化改變探測器的飛翔速度和偏向。在約7年的飛翔時候里，它將7次擦過金星，以借此逐漸縮短環繞太陽扭轉的軌道半徑。

“帕克太陽探測器”每次飛越金星，城市操縱金星的引力使探測器的飛翔速度變得更小，即操縱金星引力進行減速“剎車”，使它最后以必然的速度環繞太陽飛翔達到均衡，以防止探測器受太陽龐大引力的影響，一頭栽進太陽年夜氣而出不來被損毀。這與在年夜大都深空探測使命中，一般是操縱行星引力作跳板來獲取額外的能量（或速度）正好相反。

每次經由過程金星的引力感化，還能輕細改變探測器軌道外形，讓飛翔路線彎曲，從而使“帕克太陽探測器”軌道逐漸深切到太陽的年夜氣層內。“帕克太陽探測器”將繞太陽運行24圈，并逐漸縮短與太陽的距離，最終在距離太陽概況約600萬千米（處于日冕的規模之內）的位置飛翔。

在7次接近太陽的過程中，“帕克太陽探測器”將用所攜帶了多臺原位探測儀器和1臺遙感儀器來探測日冕和太陽風等，預祝它取得優異的科研當作果。

文/龐之浩，

中國空間科學學會空間探測專業委員會首席科學傳布專家，中國衛星應用財產協會首席專家；

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