“帕克太阳探测器”不惧高温触日，它克服了多少技术难题？

比来，美国将发射环球瞩目标“帕克太阳探测器”，它将前所未有地接近太阳，在严格的高暖和辐射前提下初次对太阳日冕进行采样，对太阳风进行当作像处置，有望揭开一些有关太阳的一些谜团。

（图：帕克太阳探测器来历：NASA官网）

太阳谜团

太阳是地球的母亲，为地球上的生命供给光和热，但也会对地球情况和人类糊口带来晦气影响。例如，太阳耀斑爆发所发生的年夜量紫外线、X射线、γ射线和高能带电粒子，能侵扰地球磁场，引起磁暴，粉碎电离层，造当作短波通信间断，甚至危险地球上的生物。所以对太阳进行全方位的深切不雅测和探测，不仅有天体物理学上的意义，对人类的保存也很主要。

自古以来人类就不竭在研究太阳，并逐渐把握了不少有关太阳的常识。例如，太阳年夜气从里标的目的外分为光球层、色球层、过渡区和日冕。可是，因为受手艺程度限制，今朝人类对太阳的领会仍是不敷深切，仍有不少太阳的未解之谜。

例如，太阳存在一种独特现象，就是日冕的温度远远高于光球层温度，因为按照常识，离太阳概况越远时，温度应该越低，但事实却正好相反；别的，太阳风是从太阳上层年夜气标的目的整个太阳系不竭射出的超声速等离子体带电粒子流，令人诧异的是在接近太阳概况的处所并没有任何较着的强风存在，而当太阳风抵达太阳系行星时，却酿成了真正的“暴风”。这些现象一向让科学家费解。

探测难于不雅测

科学家老是试图用各类新手艺来深切研究太阳。当今，研究太阳的最好利器就是太阳不雅测卫星和太阳探测器，因为它们可不受地球自转、地球与太阳的距离和地球年夜气层等影响，近距离对太阳开展多波段、全时域、高分辩率和高精度的不雅测和探测，揭示太阳勾当机理，领会太阳的根基物理纪律。

近些年来，国外发射了不少太阳不雅测卫星。例如，太阳-B卫星、“日地关系不雅测台”和“太阳动力学不雅测台”等，而且已取得了较多的科研当作果。然而与太阳探测器比拟，太阳不雅测卫星仍然先天不足——离太阳仍是比力远。

（图片来历：NASA官网）

正所谓，不入虎穴，焉得虎子。探测太阳也是如斯。与太阳不雅测卫星比拟，太阳探测器要飞离地球，在距离太阳更近的处所探测它，而且不受地球遮挡以及地球辐射带影响，所以能获得更全、更有科研价值的太阳数据。

不外，一切事物都是一分为二的。正因为太阳探测器要飞到距离太阳比力近的处所进行探测，所以其研制和运行难度都比太阳不雅测卫星年夜很多，尤其对其防热办法、轨道设计等要求更高，手艺十分复杂，挑战庞大。

“帕克”耐热秘籍

将于8月11日升空的“帕克太阳探测器”设计工作寿命约7年。在这时代它将绕太阳运行24圈，并逐渐接近太阳，最终达到距离太阳仅约600万千米的处所进行探测。这将是太阳探测器初次飞入日冕区域，届时它与太阳的距离只有德国太阳神2号探测器所创距离太阳比来的宿世界记载的1/7。

“帕克太阳探测器”将在跨越1400°C的高暖和强辐射流前提下直接对太阳日冕进行不雅测，为此，美国为“帕克太阳探测器”研制了一个直径2.4米、12厘米厚、重73千克的碳复合材料防热罩(TPS)。它像一块三明治，两块碳纤维合当作板夹着11.5厘米厚的轻型碳泡沫芯构成，可承受1650°C高温，几乎可保障所有仪器的平安。

（图：帕克太阳探测器来历：NASA官网）

起首，具有遮阳伞功能的防热罩装在“帕克太阳探测器”顶部，其对太阳的一面被喷上特制的白色涂层，以尽可能地反射太阳的能量，为探测器的其余部门缔造暗影。而采用三轴不变体例，可以确保“帕克太阳探测器”的太阳防热罩能始终朝标的目的太阳，使探测器各装配一向处于防热罩的暗影中，温度将连结在约29°C，从而免受太阳庞大高温的辐照加热。

其次，科学家在探测器内还加装了由太阳能电池驱动冷却泵等装配。它是一个包含着5公升加压水的辐射器，可像空调一样给仪器降温，使探测器上的仪器举措措施可以或许不变在年夜约室温的温度规模，以研究磁场、等离子体和高能粒子，并在室温下对太阳风进行当作像。

再次，其两个太阳电池翼可以缩短扩展，也装有冷却系统。在每次接近太阳的过程中，当阳光过强时，太阳能电池翼都缩短到防热罩之内，仅有一小部门表露在强烈阳光下，这部门依靠冷却系统来获得持久的电力供给。冷却系统由热管、散热器和去离子水（作为冷却液）等构成，热管可把被加热的去离子水导入散热器，起到冷却太阳电池翼的感化。因为去离子水被加压，所以其沸点跨越125°C。

“帕克太阳探测器”还具有自我庇护功能。它装有多个半个手机巨细的传感器，分布在防热罩暗影的边缘。若是任何一个传感器感知到阳光，便会提醒中心电脑，“帕克太阳探测器”随即调整方位，确保传感器及其它仪器的平安。

别的，为“帕克太阳探测器”设计的飞翔轨道对其防热也有主要感化。它是借助借金星引力逐渐接近太阳的。

7次操纵金星引力变轨加快

发射后，“帕克太阳探测器”不是直飞太阳而是驶标的目的金星，以便经由过程金星的引力感化改变探测器的飞翔速度和偏向。在约7年的飞翔时候里，它将7次擦过金星，以借此逐渐缩短环绕太阳扭转的轨道半径。

“帕克太阳探测器”每次飞越金星，城市操纵金星的引力使探测器的飞翔速度变得更小，即操纵金星引力进行减速“刹车”，使它最后以必然的速度环绕太阳飞翔达到均衡，以防止探测器受太阳庞大引力的影响，一头栽进太阳年夜气而出不来被损毁。这与在年夜大都深空探测使命中，一般是操纵行星引力作跳板来获取额外的能量（或速度）正好相反。

每次经由过程金星的引力感化，还能轻细改变探测器轨道外形，让飞翔路线弯曲，从而使“帕克太阳探测器”轨道逐渐深切到太阳的年夜气层内。“帕克太阳探测器”将绕太阳运行24圈，并逐渐缩短与太阳的距离，最终在距离太阳概况约600万千米（处于日冕的规模之内）的位置飞翔。

在7次接近太阳的过程中，“帕克太阳探测器”将用所携带了多台原位探测仪器和1台遥感仪器来探测日冕和太阳风等，预祝它取得优异的科研当作果。

文/庞之浩，

中国空间科学学会空间探测专业委员会首席科学传布专家，中国卫星应用财产协会首席专家；

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