NASA отправит к Солнцу космический корабль: все о Parker Solar Probe
Чтобы лучше изучить особенности Солнца, NASA отправит на орбиту звезды аппарат Parker Solar Probe. Это будет первый в истории космический корабль, который смог попасть в корональную область Солнца. Конечно, полеты в таких экстремальных условиях требуют принятия особых мер предосторожности. Системы охлаждения зонда и его солнечные батареи так же уникальны, как и вся миссия.
NASA ожидает, что во время солнечного рейса зонд будет находиться в пределах 6 миллионов километров от поверхности Солнца. Специальный щит, ширина которого составляет 2,4 метра, называется системой тепловой защиты (TPS) и будет защищать большую часть компонентов космического корабля от основного теплового излучения. Тем не менее, солнечные панели корабля тоже будут подвержены воздействию тепла и потребуют надежную систему охлаждения.
Интересно, что предпочтительной охлаждающей жидкостью для солнечных панелей космического корабля является... вода. «Часть финансирования демонстрационных технологий NASA была использована APL и нашими партнерами в UTAS для изучения различных хладагентов», — рассказывает Мэри Кэ Локвуд, инженер систем космических аппаратов Parker Solar Probe Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL). «Но для диапазона температур, который нам требовался (от 10оС до 125оС) из-за многочисленных ограничений именно вода стала отличным решением».
Чтобы температура кипения воды превысила отметку в 125оС, жидкость будет находиться под давлением, а процесс деионизации будет лишать воду любых минералов, которые могли бы оказать негативное воздействие на работу системы. Хотя TPS будет нагреваться до 1370оС, система охлаждения предназначена для поддержания солнечных панелей на функциональном уровне при нагреве в 182оС или ниже. Пролетая сквозь атмосферу Солнца, панели будут получать в 25 раз больше солнечной энергии, чем на орбите Земли.
Использование солнечной батареи для корабля, идущего к Солнцу, кажется очевидным, но сразу появляется задача удерживать панели от разрушения при сильном нагреве. В результате экраном послужит стандартная стеклянная крышка, защищающая фотоэлектрические элементы, а также специальный керамический держатель, спаянный на дне каждой ячейки. Керамическую подложку, называемую валиком, приклеивают теплопроводным клеем.
Закипание воды в системе охлаждения — не единственная проблема. Исследователи из APL также должны предотвратить замерзание воды в космосе. Во время запуска аккумуляторный бак будет содержать 5 литров воды, которая не замерзнет до тех пор, пока корабль не достигнет более теплых областей космоса. Система охлаждения также будет включать в себя двухскоростные насосы и четыре радиатора из титановых труб с алюминиевыми ребрами толщиной всего в 0,5 мм. Система охлаждения обладает мощность в 6000 Вт, что достаточно для охлаждения средней гостиной. Это важно, поскольку аппарат будет подвергаться сильным колебаниям температуры, когда попадет в космос.
Сложность миссии потребует от Parker Solar Probe автоматически сдвигаться и настраиваться, чтобы TPS находился в правильном положении для защиты корабля. По словам Локвуд, даже простое изменение угла наклона солнечных панелей к Солнцу потребовало бы увеличить степень охлаждения на 35%.
«Невозможно сделать эти корректировки с Земли, а это значит, что система должна сама координировать свои действия», — объясняет Мэри. «APL разработала множество систем, включая управление углом наклона, систему пилотирования и электропитания, автономное программное обеспечение полета, которые работают в связке с системой охлаждения солнечной батареи». Предполагается, что солнечный зонд Parker станет одним из самых автономных космических аппаратов, когда-либо выпущенных в космос.
Новый солнечный космический корабль NASA будет наблюдать за тем, как энергия и тепло движутся через солнечную корону, а также исследует поведение солнечного ветра и энергичных солнечных частиц. Это важно, поскольку солнечный ветер может разрушить спутники и повлиять на электрические сети на Земле. «Мы должны понимать эту космическую среду, так же, как моряки знают океан», — заявляет NASA на веб-сайте Parker Solar Probe.