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帕克探测器穿过的日冕温度高达100万度,科学分析它将如何自保!

时间:2019-11-18 来源:嘉怡时尚

NASA在2018年8月发射的帕克太阳探测器,是人类最接近太阳的探测器,预计2019年4月4日再次接近太阳时,最近距离只有2400万公里(太阳直径140万公里),

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太阳表面温度高达5500℃,太阳活动激起的日冕,温度更是高达100万度,日冕能到达太阳表面几百万公里的高度,所以帕克太阳探测器在近日点时,几乎就是横掠过日冕,为了不让探测器被高温摧毁,研究人员需要采取一些特殊措施。


帕克太阳探测器所处环境,宇宙空间中粒子密度非常低,比如日冕的粒子密度大约是每立方米10^15个,只有空气的100亿分之一,即便温度很高,低密度粒子在单位时间内传递给探测器的热量是很少的,探测器外壳温度上升并不快,只要及时移走热量,就能保证外壳温度在一定范围内。

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就好比在烧柴火时,火焰温度高达500~600摄氏度,我们用手掠过火焰一点没事,但是我们把手伸入100摄氏度的水中时,哪怕时间再短也会被烫伤,这是因为水中的粒子密度远远高于空气,热量传递非常快。


科学家在设计探测器时,也利用了一些巧妙措施,隔离来自太阳的热量。

措施一:特殊的隔热罩

帕克太阳探测器拥有碳复合外衣,表面可以承受1400℃的高温辐射,这也是探测器在穿过100万度的日冕时,所能达到的最高温度;然后内部加上碳复合泡沫,可以把外层高温进行隔离,使得航天器主设备处于30℃的条件下。

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措施二:特殊合金

在帕克太阳探测器上,有两个设备不受隔热罩保护,一个是探测太阳能的法拉第杯,另外一个是测量带电粒子通量和速度的传感器。

其中法拉第杯就由钛-锆-钼合金制成,本身熔点为2349摄氏度,然后还有一个产生电场保护法拉第杯的栅格由金属钨制成,熔点高达3422℃。

措施三:铌制电线

由于担心主设备的线缆因高温融化,研究人员使用蓝宝石水晶管来悬挂布线,内部导线用金属铌制成,铌是一种非常稳定的金属材料,熔点高达2468摄氏度。

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措施四:姿态调整

太阳能板能给探测器提供足够的能源,在每次接近近日点时,探测器会精确控制太阳能板,使之收缩到隔热罩后面,只留下一小部分暴露在太阳辐射之下。

而且太阳能板有着强大的液冷散热系统,使得太阳能板处于10℃~125℃之间,这是太阳能板能承受的范围。

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为了保证探测器姿态始终和太阳同步,在探测器的特殊位置均布有传感器,一旦传感器感应到太阳光,中央处理器就会计算自身和太阳的相对位置,然后及时修正姿态,使所有主设备始终处于隔热罩的保护之下。

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在探测器发射前,科学家就在实验室制造了和太阳附近相似的环境,以检查探测器各个方向上承受的温度;帕克太阳探测器的主要任务,是探测太阳风、太阳磁场、太阳高能粒子,以及日冕结构成像等等。


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