帕克太陽探測器如何承受日冕的百萬華氏度高溫？

NASA 帕克太陽探測器的使命之旅，需要面臨極大的考驗。從紙面上來看，接近太陽的過程，似乎是一個無法實現的挑戰。好消息是，科學家們發現，只需 4.5 英寸厚的防護盾，即可讓帕克太陽探測器承受住太陽表面的百萬華氏度（℉）高溫。如果一切順利，該探測器將於今夏升空，然後開啟長達 7 年的逐日旅途。

為了實現最佳觀測，NASA 希望該探測器可以實現 24 次軌道機動。它被設計成在太陽的日冕中運行，這裡是太陽大氣層中非常熱的一個區域，物質溫度超過了百萬華氏度。

為了讓它能夠在任務中倖存，科學家們在該項目上運用了大量高科技材料和物理知識。NASA 解釋到 —— 物理方面的事情，最終還是歸結於熱量和溫度。

儘管高溫材料可以承受環繞太陽的百萬華氏度高溫，但由於它們的移動速度極快、且數量相對稀少，其實際接收和傳遞的熱量其實很少。

以帕克太陽探測器通過日冕為例，雖然它的溫度極高、但密度其實很低。

這意味著，當帕克太陽探測器在一個溫度高達幾百萬華氏度的空間中穿行時，隔熱罩向陽面只會被加熱到 2500 華氏度（約 1400 攝氏度）。

此時安裝在探測器前部，由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的專家們設計的直徑 8 英寸的熱保護系統（TPS 防護罩），就可以提供良好的保障。

Why Won"t it Melt - How NASA"s Solar Probe will Survive the Sun（ via ）

在碳複合泡沫的兩邊覆上碳板，以形成一個三明治結構，然後用一層白色的陶瓷塗料來完成封裝。

儘管厚度只有 4.5 英寸，但這種材料塗層的組合，意味著 TPS 可經受高達 3000 華氏度的高溫。而在它背後的飛船本體，溫度其實只有 85 ℉左右。

其中包含的工具之一，叫做太陽能探測杯（Solar Probe Cup），它可以測量太陽風中含有的離子、電子的通量（fluxe）和流角（flow angle）。

它由多層鈦-鋯-鉬（Titanium-Zirconium-Molybdenum）材料製成：

其熔點大約是 4260 ℉，結合鎢晶元的話，它在升溫至 6192 ℉ 前都不會被融化。此外，鈮（Niobium）制電纜被懸掛在特別生長的藍寶石水晶管中。

鑒於首次測試不能直接抵近太陽，NASA 還在地球上搭建了一個模擬器，並用一台粒子加速器來模擬輻射，看太陽探測杯能讀取到什麼樣的數據。

Blowtorch vs Heat Shield（ via ）

與此同時，IMAX 投影儀模擬了它需要承受的那種猛烈的高溫，然後將它送入 Odeillo 太陽能爐：

在距離恆星 9296 萬英里遠的地方，其充當了太陽能量的放大器，接著加入特殊冷卻的太陽能電池陣列。

它會在 TPS 邊緣稍微露出一角，以減少曝光量，而自主飛控系統會藉助太陽感測器來校正探測器的姿態。

NASA 表示，這樣設計的話，整套系統就能夠有效地實現自我導航。感測器會鎖定太陽方位，然後與 TPS 始終保持一致。

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