今年夏天，NASA的帕克太阳探测器将发射升空，使其比太阳之前的任何飞行任务更靠近太阳，更深入太阳大气层。如果地球在一根码尺的一端，而太阳在另一端，帕克太阳能探测器会将其置于太阳表面四英寸以内。
在太阳大气的这一部分(称为电晕区域)内，派克太阳能探测器将提供前所未有的观测结果，以了解驱动该区域的各种粒子，能量和热量的驱动力–将粒子向外飞入太阳系，直至更远的距离。过去海王星。
当然，在电晕内部，它也很热。该航天器将在温度超过一百万华氏度的材料中飞行，同时受到强烈的阳光照射。
那么，为什么不融化呢?
派克太阳能探头经过精心设计，可以承受任务的极端条件和温度波动。关键在于其自定义的隔热板和自主系统，该系统有助于保护任务免受太阳强烈发射的影响，但可以使日冕物质“接触”航天器。
为何不会融化的科学
了解使航天器及其仪器保持安全的关键之一是了解热与温度的概念。违反直觉，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，而不会给给定的物体提供大量的热量或感到灼热。为什么?温度衡量粒子运动的速度，而热量衡量粒子传输的能量总量。粒子可能正在快速移动(高温)，但是如果粒子很少，它们将不会传递太多的能量(低热量)。由于空间几乎是空的，因此很少有粒子可以将能量传递到航天器。
例如，派克太阳能探测器所飞行的电晕具有极高的温度，但密度却非常低。考虑将手放在热烤箱中与放在沸水锅中的区别(不要在家中尝试!)-在烤箱中，您的手可以承受比在水中更长的高温时间它必须与更多粒子相互作用。同样，与太阳的可见表面相比，日冕的密度较小，因此航天器与较少的热粒子相互作用，并且不会接受太多的热量。
这意味着，尽管派克太阳探测器将穿越数百万度温度的空间，但面对太阳的隔热屏表面只会被加热到约2500华氏度(约1400摄氏度)。
保护它的盾牌
当然，华氏几千度仍然非常热。(相比之下，火山喷发的熔岩可能介于1,300至2,200 F(700至1,200 C)之间。为了承受这种热量，Parker Solar Probe使用了称为热保护系统(TPS)的隔热罩，其热阻为8直径为2.4英尺(4.5英尺)(约115毫米)厚，只有几英寸的保护层，这意味着航天器机身就位于舒适的85华氏度(30摄氏度)，位于防护罩的另一侧。
TPS是由约翰霍普金斯大学应用物理实验室设计的，是在碳碳先进技术公司制造的，使用夹在两个碳板之间的碳复合泡沫制成。这种轻质的隔热层将在朝阳板上带有白色陶瓷漆的最后一笔，以反射尽可能多的热量。经过测试，TPS可以承受3,000 F(1,650 C)的高温，可以承受太阳传递的热量，几乎可以保证所有仪器的安全。
量杯
但是并不是所有的Solar Parker Probe仪器都将落后于TPS。
从隔热罩上戳出来，太阳能探针杯是派克太阳能探针上不受隔热罩保护的两个仪器之一。该仪器被称为法拉第杯，该传感器旨在测量太阳风产生的离子和电子通量以及流角。由于太阳大气的强度，必须设计独特的技术以确保不仅仪器能够幸存，而且车载电子设备也可以发送回准确的读数。
杯子本身是由钛-锆-钼片(钼合金)制成的，熔点约为4,260 F(2,349 C)。产生太阳能探针杯电场的芯片是由钨制成的，钨是一种已知最高熔点为6,192 F(3,422 C)的金属。通常使用激光蚀刻这些芯片中的网格线-但是由于熔点高，因此必须使用酸代替。
另一个挑战来自电子线路的形式-大多数电缆会因暴露于如此靠近太阳的热辐射而融化。为了解决这个问题，研究小组种植了蓝宝石水晶管来暂停布线，并用铌制成了电线。
为了确保该仪器已为恶劣的环境做好准备，研究人员需要在实验室中模仿太阳强烈的热辐射。为了产生值得测试的热量，研究人员使用了粒子加速器和IMAX投影仪-评审团操纵以提高其温度。投影仪模仿了太阳的热量，而粒子加速器将杯子暴露在辐射下，以确保杯子可以在强烈条件下测量加速后的颗粒。为了绝对确定太阳探针杯能够承受恶劣的环境，奥德洛太阳炉(通过10,000个可调节镜子集中太阳的热量)被用来测试太阳杯是否受到强烈的太阳辐射。
太阳探针杯以出色的色彩通过了测试-实际上，它在暴露于测试环境中的时间越长，其性能就越好，结果也更加清晰。密歇根大学安娜堡分校SWEAP仪器的首席研究员贾斯汀·卡斯珀(Justin Kasper)说：“我们认为辐射消除了任何潜在的污染。” “它基本上可以自我清洁。”
保持冷静的航天器
航天器上的其他几种设计可使Parker Solar Probe避开高温。如果没有保护，太阳能电池板(会使用正在研究的恒星的能量为飞船供电)会过热。在每种接近太阳的方法中，太阳能电池板都会缩回隔热罩的阴影后面，仅使一小部分暴露于太阳的强烈射线下。
但是离太阳很近，需要更多的保护。太阳能电池板具有令人惊讶的简单冷却系统：一个加热槽，可防止冷却剂在发射期间结冰;两个散热器，可防止冷却剂结冰;铝制散热片，可最大程度地冷却冷却面;泵可循环冷却剂。该冷却系统功能强大，足以为中等大小的客厅提供冷却，并在太阳热的情况下使太阳能电池板和仪器保持凉爽并正常运行。
系统使用的冷却液?大约一加仑(3.7升)去离子水。尽管存在大量化学冷却剂，但航天器所承受的温度范围介于50 F(10 C)和257 F(125 C)之间。很少有液体能像水一样处理这些范围。为了防止水在较高温度下沸腾，将对水加压，使沸点超过257 F(125 C)。
保护任何航天器的另一个问题是弄清楚如何与之通信。Parker Solar Probe在旅途中将大都是一个人。到达地球大约需要八分钟的时间-这意味着，如果工程师必须从地球上控制飞船，那么到发生问题时，为时已晚。
因此，该航天器的设计旨在自动保持自身安全，并保持对太阳的跟踪。几个传感器的大小约为手机的一半，沿着挡热板的阴影边缘连接到航天器的主体。如果这些传感器中的任何一个检测到阳光，它们都会警告中央计算机，航天器可以纠正其位置以保持传感器以及其他仪器的安全。所有这些都必须在没有任何人工干预的情况下进行，因此中央计算机软件已经过编程和广泛测试，以确保可以即时进行所有更正。
朝着太阳发射
发射后，派克太阳探测器将检测太阳的位置，将热保护罩对准其面对的方向，并在接下来的三个月中继续其行程，拥抱太阳的热量并保护自己免受太空的冷真空。
在计划的任务持续7年的过程中，该航天器将绕我们的恒星绕24圈运行。在接近太阳的每种方法中，它将采样太阳风，研究太阳的日冕，并从我们的恒星周围提供前所未有的近距离观测结果，并借助一系列创新技术，我们知道它将一直保持凉爽。