不过美国明年真要派一艘飞船帕克太阳探测器“登陆”太阳了,将深入到距太阳600万公里的日冕层,温度高达数百万度。虽然这一区域粒子密度极低,热传递效率极差,但探测器仍得承受1377摄氏度极端环境的考验,NASA将如何保护它不被烧得灰飞烟灭?
NASA只好另谋他策。近日,开发探测器的约翰霍普金斯大学应用物理实验室公布了热防护系统的设计方案,除了以前透露的直径2.4米,11.4厘米厚的碳复合材料保护罩外,最关键的是一套革命性的冷却系统,而它所用的冷却剂,恐怕是你无论如何也料想不到的。
除了4个天线和一个特殊的粒子探测器外,帕克探测器上的每套仪器和系统都必须处于一个革命性的热保护系统TPS之下。在探测器与太阳最接近的时候,飞船上的太阳能电池阵列受到太阳的辐射将达到地球轨道上的25倍,TPS的温度将达到1377摄氏度,冷却系统必须使次级阵列温度保持在160摄氏度以下。
这个先进的主动式冷却系统是由APL公司开发的,令人惊讶的是,它使用了你绝对意想不到的冷却剂——水。在帕克探测器的冷却系统里有大约5公升的普通水,只是清除了里面可能破坏系统的矿物质。冷却系统由太阳能电池驱动,提供6千瓦的冷却能力,大致相当于一台中型客厅的空调。为了保证系统的正常工作,冷却剂需要在10-125摄氏度范围内运行,水将被加压,以使其沸点升高到125度以上。
然而这套系统的最大挑战并不是在日冕层里,而是发射阶段以及飞向太阳的途中。由于要经历从整流罩内的15摄氏度,到太空中的零下160度,然后越靠近太阳温度越高,这种大起大落的温度对冷却系统来说无疑是一次极为糟糕的体验。研究人员为此创新设计了一套复杂的,拥有锁止阀和散热器的自动化控制系统,以确保冷却水不会在任务早期被冻住。
当帕克探测器以每小时45万公里的速度在太阳下飞驰时,探测器必须不断调整以最佳角度最准太阳,很小的角度变化都可能引发灾难性的后果。由于地球和太阳之间的距离达到了1.5亿公里,这意味着没有办法从地球对其进行控制,所以帕克太阳探测器也拥有迄今为止自动化程度最高的控制系统。可以说帕克太阳探测器就是目前最先进技术的集大成,希望它明年能顺利成为第一个“登陆”太阳的航天器,为我们带回珍贵的科学数据。
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