今年夏天，美国宇航局的帕克太阳能探测器将发射到离太阳更近的地方，比之前的任何任务都要深入太阳大气层。如果地球在一根线杆的一端，太阳在另一端，帕克太阳能探测器将会到达离太阳表面不到四英寸的地方。
在这片被称为日冕的太阳大气层内部，帕克太阳探测器将提供前所未有的观测，了解是什么推动了粒子、能量和热量在这片区域内的广泛传播——将粒子向外抛向太阳系，远远超过海王星。
在日冕内，当然也有难以想象的热。宇宙飞船将穿越温度超过百万华氏度的物质，同时受到强烈的太阳光的轰击。
为什么它不会融化?
帕克太阳能探测器的设计是为了能够承受任务的极端条件和温度波动。关键在于它的自定义热屏蔽和一个自动系统，帮助保护任务不受太阳强烈的光发射，但确实允许日冕物质“触摸”航天器。
为什么它不会融化
要理解是什么保证了航天器和仪器的安全，关键是要理解热量和温度的概念。与直觉相反，高温并不总是转化为实际加热另一个物体。
在太空中，温度可以达到数千度，而不会对给定的物体产生明显的热量，也不会感到热。为什么?温度测量粒子运动的速度，而热量则测量它们传递的总能量。粒子可能运动得很快(温度很高)，但如果它们很少，它们就不会传递很多能量(低热量)。由于空间几乎是空的，所以很少有粒子能将能量传递给航天器。
例如，帕克太阳能探测器通过的日冕具有极高的温度，但密度非常低。想把你的手在热气腾腾的炉灶前的区别和把它在一壶沸腾的水(不要在家里尝试这些!)——在烤箱,你的手可以承受高温显著超过在水中,与更多的粒子。同样的，与太阳的可见表面相比，日冕密度较低，因此航天器与较少的热粒子相互作用，接收不到那么多热量。
这意味着，虽然帕克太阳能探测器将穿越一个温度高达几百万度的空间，但面对太阳的隔热层表面的温度只会上升到大约2500华氏度(约1400摄氏度)。
保护它的盾
当然，几千华氏度的高温仍然让人难以置信。(相比之下,熔岩从火山喷发可以1300到2200 F(700和1200 C)和热承受,帕克太阳探测器使用的防热罩被称为热保护系统,或TPS,8英尺(2.4米)直径4.5英寸(115毫米)厚。这几英寸的保护意味着，在护盾的另一边，航天器的身体将舒适地保持在85华氏度(30摄氏度)。
TPS是由约翰霍普金斯应用物理实验室设计的，采用碳碳先进技术，使用夹在两个碳板之间的碳复合泡沫。这种轻量的隔热层还会在太阳能板上涂上白色陶瓷漆，以尽可能多地反射热量。经过测试，TPS可以承受高达3000华氏度(1650摄氏度)的温度，它可以承受太阳发出的任何热量，几乎所有的仪器都是安全的。
测量风的杯子
但是并不是所有的太阳能帕克探测器都将在TPS之后。
太阳能探头杯是派克太阳能探头上的两种仪器之一，它不会受到隔热板的保护。这个仪器就是所谓的法拉第杯，它是一个传感器，用来测量来自太阳风的离子、电子通量和气流角度。由于太阳大气的强度，必须设计出独特的技术，以确保仪器不仅能够存活，而且还能保证船上的电子设备能够发回准确的读数。
杯子本身是由张Titanium-Zirconium-Molybdenum,钼的合金,熔点约4260 F(2349 C)。太阳能的芯片产生电场探测杯是由钨、金属的熔点最高的6192 F(3422 C)。通常使用激光蚀刻这些芯片的网格线,然而由于高熔点酸代替。
另一项挑战来自于电子线路——大多数电缆在如此接近太阳的温度下，会因为暴露在热辐射下而融化。为了解决这一问题，研究小组培育了蓝宝石晶体管来悬挂电线，并用铌制作电线。
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里模拟太阳的强烈热辐射。为了创造一个值得测试的温度水平，研究人员使用了粒子加速器和IMAX投影仪——临时安装以提高温度。放映机模拟太阳的热量，粒子加速器将杯子暴露在辐射中，以确保杯子能够测量在强烈环境下加速的粒子。为了确保太阳能探头杯能够经受住严酷的环境，Odeillo太阳能电炉——通过1万个可调节的镜子来集中太阳的热量——被用来测试对强烈的太阳辐射的杯子。
“太阳探针杯”通过了飞行测试——事实上，它在测试环境中暴露的时间越长，表现越好，结果越清晰。“我们认为，辐射消除了任何潜在的污染，”位于安娜堡的密歇根大学SWEAP仪器的首席研究员Justin Kasper说。“这基本上清理本身。”
保持凉爽的宇宙飞船
在航天器上的其他几个设计使帕克太阳能探测器免受高温的影响。如果没有保护，太阳能电池板就会过热。太阳能电池板使用的正是被研究的恒星的能量，为航天器提供动力。在太阳的每一种方法中，太阳阵列都在热屏蔽的阴影后面收缩，只留下一小部分暴露在太阳强烈的光线下。
但是离太阳那么近，就需要更多的保护。太阳能电池阵列有一个令人惊讶的简单的冷却系统:一个加热的水箱，可以在发射过程中防止冷却剂冻结;两个散热器可以防止冷却剂冻结;铝散热片可以最大化冷却表面;冷却系统足够强大，可以冷却一个普通大小的客厅，并且可以在太阳的高温下保持太阳能电池阵列和仪器的冷却和工作。
用于系统的冷却剂?大约一加仑(3.7升)的去离子水。虽然有大量的化学冷却剂存在，但是宇宙飞船暴露在50华氏度(10摄氏度)和257华氏度(125摄氏度)之间的温度范围是不同的。为了防止水在更高的温度下沸腾，它将被加压，所以沸点超过257 F(125摄氏度)。
保护任何航天器的另一个问题是如何与它通信。帕克太阳能探测器将在很大程度上是唯一一个踏上征程的。到达地球需要8分钟的时间——这意味着如果工程师不得不从地球上控制航天器，那么当出现问题的时候，要想纠正就太晚了。
因此，宇宙飞船的设计是为了自动保护自己的安全，并沿着轨道到达太阳。几个传感器，大约手机的一半大小，沿着隔热板阴影的边缘附着在航天器的身体上。如果这些传感器中有任何一个检测到阳光，它们就会向中央计算机发出警报，航天器就能纠正位置，以确保传感器和其他仪器得到安全保护。这一切都是在没有任何人工干预的情况下发生的，因此中央计算机软件已经被编程并进行了广泛的测试，以确保所有的修正都能在运行中完成。
启动向太阳
发射后，派克太阳能探测器将探测到太阳的位置，将热防护屏对准太阳，并在接下来的三个月里继续它的旅程，拥抱太阳的热量，保护自己不受空间的寒冷真空的影响。
在7年的计划任务期间，飞船将绕我们的恒星运行24圈。在每一个靠近太阳的地方，它都会采集太阳风样本，研究太阳的日冕，并提供来自我们恒星周围前所未有的近距离观测——我们知道，借助它的一系列创新技术，它将一直保持凉爽。
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