Parker Solar Probe: วิธีที่นาซ่าวางแผนที่จะ "สัมผัสดวงอาทิตย์" และไม่ละลาย

Parker Solar Probe ไม่เพียง แต่เป็นหนึ่งในภารกิจที่ทะเยอทะยานที่สุดของนาซ่า แต่ดูเหมือนว่าจะท้าทายตรรกะ ยานอวกาศที่มีกำหนดเปิดตัวในฤดูร้อนนี้จะเข้าสู่โคโรนาของดวงอาทิตย์และเดินทางผ่านวัสดุที่มีอุณหภูมิมากกว่าล้านองศาฟาเรนไฮต์ แล้วทำไมมันไม่ละลายล่ะ

Parker Solar Probe จะเริ่มดำเนินการวันที่ 4 สิงหาคมในสิ่งที่องค์การนาซ่าเรียกว่า "ภารกิจ 60 ปีในการสร้าง" ซึ่งจะเกิดขึ้นภายในสี่ล้านไมล์จากพื้นผิวเพื่อรวบรวมข้อมูลที่ไม่เคยมีมาก่อนเกี่ยวกับโคโรนาของดวงอาทิตย์หรือชั้นบรรยากาศรอบนอก หากประสบความสำเร็จมันจะกลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่เข้าสู่โคโรนาของดวงอาทิตย์และเพลิดเพลินไปกับอุณหภูมิภายในที่เย็นสบายเพียง 85 องศาในขณะที่เปลือกนอกของมันล้อมรอบด้วยเปลวไฟของดวงอาทิตย์ ยานสำรวจจะเป็นศูนย์รวมของสุนัข“ นี่ดี”

NASA เปิดเผยวิทยาศาสตร์เบื้องหลังว่าทำไมสุนัขอวกาศนี้จะไม่ละลายในสภาพแวดล้อมสุดขั้วในวันพฤหัสบดี เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไม Parker Solar Probe ถึงไม่ละลายหน่วยงานอวกาศได้อธิบายแนวคิดหลักเกี่ยวกับความร้อนกับอุณหภูมิการป้องกันความร้อนที่กำหนดเองและนวัตกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ของยานอวกาศ

อุณหภูมิเทียบกับความร้อนของ Parker Solar Probe

ความแตกต่างระหว่างความร้อนและอุณหภูมิจะช่วยในการทำให้ภารกิจของ Parker Solar Probe ดูเป็นไปได้มากขึ้น (แต่ไม่มากไปกว่า) อุณหภูมิเป็นการวัดว่าอนุภาคเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนในขณะที่ความร้อนหมายถึงปริมาณพลังงานที่ถูกถ่ายโอน ดังนั้นในสถานที่ซึ่งส่วนใหญ่ว่างเปล่าเหมือนพื้นที่ว่างเปล่าอุณหภูมิสูงไม่ได้หมายถึงความร้อนสูงเสมอไป อนุภาคอาจเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและสร้างอุณหภูมิสูง แต่เนื่องจากมีจำนวนน้อยมากพวกเขาจะไม่ถ่ายโอนความร้อนจำนวนมากไปยังยานอวกาศ

ในขณะที่ Parker Solar Probe จะเดินทางผ่านอวกาศด้วย อุณหภูมิ หลายล้านองศามันจะไม่รู้สึกถึงความร้อนส่วนใหญ่และพื้นผิวของแผงป้องกันความร้อนจะมีอุณหภูมิถึง 2,500 องศาฟาเรนไฮต์เท่านั้น

แผงป้องกันความร้อนของ Parker Solar Probe

แม้ว่าจะยังร้อนอยู่ พบกับ 2,500 องศาฟาเรนไฮต์ไม่มีอะไรให้เย้ยหยันและมั่นใจได้ว่า Parker Solar Probe ที่ไม่มีการเชื่อมต่ออาจทำให้เกิดความล่าช้าในการกำหนดตารางการเปิดตัว เพื่อทนต่อความร้อน NASA ได้ติดตั้งโล่ที่เรียกว่าระบบป้องกันความร้อนหรือ TPS

ออกแบบโดยห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของ Johns Hopkins TPS ทำจากแกนโฟมคาร์บอนน้ำหนักเบาที่ถูกขนาบข้างด้วยแผ่นคาร์บอนคอมโพสิตคาร์บอนสองแผ่น แผงที่หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์จะถูกพ่นด้วยการเคลือบสีขาวซึ่งจะสะท้อนพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มีความหนาเพียง 4.5 นิ้วและคาดว่าจะทำให้เครื่องมือวัดเกือบทั้งหมดปลอดภัย

ถ้วยตวงของ Parker Solar Probe

อย่างไรก็ตามเครื่องมือบางอย่างจะไม่ได้รับการคุ้มครองโดย TPS ถ้วยฟาราเดย์เป็นเซ็นเซอร์ที่จะโผล่ออกมาเหนือแผงป้องกันความร้อนเพื่อวัดลมสุริยะและเพื่อให้ได้การอ่านที่แม่นยำนั้น TPS ไม่สามารถปกป้องได้

แล้วทำไมฟาราเดย์ถึงไม่ละลายล่ะ

“ เนื่องจากความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศของแสงอาทิตย์จึงต้องมีการออกแบบทางวิศวกรรมที่ไม่เหมือนใครเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องมือไม่เพียง แต่สามารถอยู่รอดได้เท่านั้น แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนเรือสามารถส่งการอ่านที่แม่นยำกลับคืนมาได้” Susannah Darling ของ NASA อธิบาย ถ้วยทำจากแผ่นไทเทเนียม - เซอร์โคเนียม - โมลิบดีนัมซึ่งเป็นโลหะผสมของโมลิบดีนัมทำให้มีจุดหลอมเหลวประมาณ 4,260 องศาฟาเรนไฮต์ ชิปที่ผลิตสนามไฟฟ้าสำหรับถ้วยฟาราเดย์ทำจากทังสเตนซึ่งเป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดที่รู้จัก ด้วยเกณฑ์ 6,192 องศาฟาเรนไฮต์ก่อนที่จะละลายฟาราเดย์มีห้องเลื้อยเพื่อรวบรวมข้อมูลลมสุริยะที่มันต้องการ

หลังจากเปิดตัวในวันที่ 4 สิงหาคม Parker Solar Probe จะใช้แรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์เพื่อลดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ Flybys เหล่านี้จะใช้เวลาประมาณเจ็ดปีในที่สุดก็นำโพรบเข้ามาใกล้ที่สุดเท่าที่ 3.7 ล้านไมล์จากใจกลางระบบสุริยะ การวนรอบสุดท้ายภายในโคโรนาของดวงอาทิตย์คาดว่าจะเกิดขึ้นในปลายปี 2567 แต่ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่น่าทึ่งนี้มันควรจะเย็นตลอดเวลา