2021 年 4 月 28 日，美国宇航局帕克太阳探测器坠入太阳大气深处，成为有史以来第一艘“接触”太阳的航天器。 NASA 随后于 2021 年 12 月 14 日证实，探测器已接近太阳并采样了粒子，并在此过程中测量了磁场。全世界都对这个消息感到钦佩和惊讶。
不过，大家心中最初的兴奋和惊叹很快就被好奇的疑问所取代；航天器是如何设法到达太阳附近而不在极端温度下融化的？
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Parker Solar 探测器
NASA 于 2018 年 8 月 12 日发射了帕克太阳探测器，旨在揭开太阳的秘密。该任务旨在研究太阳、其大气层和太阳风。出于多种原因，这一伟大的努力是革命性的，也是独一无二的。
帕克太阳探测器到达距太阳表面 1100 万公里的高度（图片来源：维基共享资源）
帕克太阳探测器标志着人类第一次恒星之旅。没有其他航天器曾经如此接近我们的太阳，更不用说另一个太阳系的恒星了！它的质量为 735 公斤，只有一辆小汽车大小，是 NASA 历史上最轻、但也是最强大的航天器之一。
该探测器也是人类最快的航天器- 有史以来制造的物体，能够达到近 692,000 公里/小时的速度。此外，帕克太阳探测器是第一个以在世人物——天体物理学家尤金·帕克博士（Dr. Eugene Parker）命名的 NASA 航天器，他于 195 年8号预言了太阳风的存在。
经过无数次绕轨道运行和多次近距离接近，探测器终于‘触及’了太阳，但触及太阳是什么意思呢？为了弄清楚这一点，我们首先来看看太阳的结构。
探测器的轨迹（图片来源：Philipp Hienstorfer/Wikimedia commons）
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“触摸太阳”意味着什么？
航天器不可能降落在太阳的表面，因为与大多数行星不同，太阳没有固体表面。我们的太阳本质上是一个由过热气体和等离子体通过重力结合在一起的球体。太阳由七层组成； 3 个内层和 4 个外层。
太阳的层数（照片来源：Sakurambo/Wikimedia commons)
太阳的内层由核心、辐射区和对流区组成。核心是太阳的发电厂，在巨大的压力和温度下，核聚变为太阳提供燃料。辐射区，顾名思义，就是核心辐射向外散发的层。
对流区，就是辐射以对流形式向外传播的区域。当热气体上升和冷气体下沉时，就会产生对流。
太阳的外层是光球层、色球层、过渡区和日冕。光球层被称为太阳表面。这是我们在观察太阳时“看到”的一层，它形成了内层和太阳大气之间的边界。
日冕
色球层，过渡层和日冕形成太阳大气层。日冕是太阳大气层的最外层日食期间可见。这一层看起来尖刺且不规则，有点像王冠。因此，它以拉丁语中的“王冠”一词命名——Corona。
日食期间看到的日冕（照片来源：Wellcome Images/Wikimedia commons）
在这些层中，帕克探测器已将其纳入日冕。所以，当我们说探测器接触到太阳时，我们的意思是它已经飞进了日冕。
日冕对于科学家来说一直是个谜，因为它的温度几乎是日冕的 300 倍。太阳表面，尽管密度要小得多。科学家们对日冕的这种加热异常感到困惑，并相信帕克太阳探测器可以为这个谜团背后的科学提供一些见解。
现在，让我们深入探讨真正的问题……探测器是如何做到的到目前为止没有融化？
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为什么探测器不融化？
帕克太阳探测器是工程和技术的奇迹。它利用先进的科学和尖端技术在致命的恒星环境中生存。
热量与温度
太阳本身是保证探测器安全的因素之一。为了理解这一点，让我们澄清一下热量和温度到底是什么。
热量定义了系统的总能量（动能 + 势能）。另一方面，温度是系统平均动能的度量，即粒子移动速度的度量。
例如，考虑一根燃烧的火柴和一杯热咖啡。火柴棍的温度较高，因为燃烧的粒子具有较高的动能，但热咖啡具有更多的热量，因为一杯咖啡中的粒子要多得多，这使得所有能量的总和比火柴棍高得多的粒子。
综上所述，物体温度高并不一定意味着它具有高热能。传递的热量取决于系统中粒子的数量和密度。
太阳的情况与此类似。由于粒子具有高动能，因此电晕具有非常高的温度。然而，日冕的密度也较低，因为高温粒子会散布到大面积区域。因此，相对而言，只有少数来自太阳的粒子会与探测器相互作用，这大大降低了热损坏的风险。
因此，即使日冕的温度为 1万摄氏度，它只会将探头加热到大约 1400oC。
隔热罩
就像我们使用雨伞来保护自己免受阳光照射一样，探头也利用了先进的隔热罩称为热保护系统 (TPS)，它是一个 2.5 米宽、11.5 厘米厚的碳罩，可遮挡这是来自太阳的航天器。
隔热罩由夹在两块过热碳-碳复合材料面板之间的轻质碳泡沫芯制成。隔热罩朝阳的表面还涂有特殊的白色涂层，可以反射落在其上的大部分阳光。
隔热罩的结构
碳-碳复合材料由嵌入在隔热罩中的碳纤维组成。碳基质。由于其重量轻、耐高温且结构稳定，这是用作隔热罩的最佳材料之一。泡沫芯几乎 97% 是空气，是良好的隔热体。因此，TPS 可以承受高达 1650oC 的温度。
NASA 的这段视频展示了隔热罩的效率：https://youtu.be/BKinVmBoIrE
在日冕内，朝阳面板可加热至 1400oC，并且背板仍保持在 315oC 左右，而航天器本身则处于 30oC 的宜人温度。
Solar S传感器
由于探测器的大部分位于隔热罩后面，即使是轻微的未对准也会使整个航天器暴露在太阳的热量下。在这种情况下，不可能从地球上控制探测器的方向，因为这需要花费大量时间。简而言之，探测器是独立的。
因此，探测器有一个内置机制来检测其自身与太阳的对齐情况。七个太阳能传感器沿着航天器的边缘放置。当这些传感器中的任何一个检测到阳光时，它们都会向中央计算机发出警告，并且航天器会重新调整其位置。这样，仪器就可以安全地免受恶劣的太阳环境的影响。
太阳探测器杯
尽管航天器的大部分都隐藏在隔热罩后面，但仍有一些部件勇敢地挺身而出，将自己暴露在致命的太阳辐射下。这些部件是专门为承受它们所承受的所有热量和颗粒排放而制造的。
最重要的部件之一探测器的重要部件是太阳能探测器杯或法拉第杯。这个杯子直接面向太阳，以收集和检测吹向它的高能粒子。杯子由熔点非常高（2,349oC）的钼合金制成，其网格由熔点最高的金属钨（3,422oC）制成。
此外，为了确保仪器的电线不会熔化，它们由铌制成，悬挂在蓝宝石水晶管中。
水冷却系统
显然，这是最好的能量来源飞向太阳的航天器的动力就是太阳能本身！然而，过多的太阳能也可能是一个祸害。大量的阳光会使航天器内的太阳能电池板过热并损坏。为了防止这种情况，太阳能电池板的设计方式是在近距离时缩回并仅将其表面的一部分暴露在阳光下。这防止了过度吸收太阳能电池板是可伸缩的（照片来源：NASA）
太阳能电池板还使用简单的冷却机制进行冷却。该航天器采用水冷太阳能电池阵列冷却系统。该探测器使用约 3.6 升水来冷却太阳能电池阵列。水流过嵌入太阳能电池板的小通道，然后吸收多余的热量。然后热水流入四个散热器，热量被散发到太空中。这使太阳能电池阵列保持足够凉爽以高效运行。
这就是帕克太阳探测器保持凉爽的方式，即使它直接奔向太阳！
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结论
帕克太阳探测器是数十年研究的结晶ch 和发展。这次任务的成功是科学和人类的一项巨大成就。该任务预计在七年的寿命（2018-2025）内与太阳进行 24 次近距离接触。凭借其熟练的冷却系统，探测器将深入探索太阳未探索的广阔领域，揭开宇宙的新奥秘！
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