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ESA-NASA太阳轨道探测器是怎样抵抗高温的呢?

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

当太阳轨道探测器在开始它的旅行前,一个关键的工程问题是它能否成功的关键:如何阻挡太阳的高热量?

为了观察太阳的南北极,太阳探测器在黄道面(太阳与八大行星决定的平面,大致与太阳赤道共面)这一空间带上巡游。为了更加接近太阳并爬到高于黄道面的地方,探测器不断地在金星和地球轨道之间飞掠。

欧洲空间局(ESA)兼荷兰欧洲空间探测和技术中心的载荷工程师Anne Pacros说:“尽管探测器的任务目标是到达离太阳很近的地方,但飞掠过程需要远离太阳,因此该探测器必须能够承受高热和极寒环境。”在黑暗的太空中,探测器要承受零下300华氏度(零下149摄氏度);在离太阳表面的最近点,2600万英里(4184万公里)处,它要承受难以想象的高热和高辐射。

图解:太阳过渡区与日冕探测器想象图

然而太阳轨道载具里324磅的隔热板能将热量反射并引导其从航天器中散发出去,并且还能承受900华氏度的高温。太阳轨道航天器已准备好封装在Atlas V有效载荷整流罩中。如图所示,薄薄的钛箔前层和星形支架是可见的,前层反射热量而支架则作为支撑。

图片来源:NASA / Ben Smegelsky(美国国家航空航天局/本·斯梅格斯基)。

隔热板的结构就像一个10英尺x 8英尺的三明治。前层—极薄的钛箔片—反射大量热量。蜂窝状的铝制底座覆盖有更多的铝箔绝缘层,成为最靠近航天器的内部薄片并提供了支撑。星形钛合金托架将各层固定到位,就像用牙签将面包固定在一起一样,但值得注意的是,这种三明治(隔热板)缺少填充物。隔热滤漏斗中将近10英寸间隙的热量会散发到太空,内层和航天器之间有一个较小的第二间隙。总体上,隔热层为15英寸厚,它也有几只眼睛:供五种航天器遥感仪器窥视的窥视孔。太阳轨道载具的隔热板上涂有一层薄薄的黑色磷酸钙,一种类似于木炭的粉末,非常像几年前洞穴壁画中使用的颜料。


“有趣的是,像这样技术先进的东西,实际上是非常古老的。”帕罗克斯(Pacros)说。

但是涂层可以抵抗在强烈的太阳紫外线辐射下的恶化。尽管这种黑色粉末的确可以吸收部分热量 ,但它很擅长挥发热量送回太空中。

太阳轨道载具也要应对自身的热量。它的仪器在运行时会工作繁重。在航天器侧面的散热板会释放热量,确保仪器不会过热。

严格掌握航天器的位置和倾斜是保护仪器的关键。一旦航天器飞过了8800万英里的太阳近距离标志(即太阳和地球之间95%的距离)隔热板必须直指太阳。这意味着太阳轨道载具将偏航在太空当中行走,将航天器和仪器收拢在隔热板的阴影中。

图解:从地球 (左边,1AU) 和太阳轨道载具 (右边,0.284AU) 看见的太阳大小比较。

太阳轨道载具是欧洲航天局和美国航天局之间的国际合作任务。欧洲航天局的欧洲空间研究和技术中心(ESTEC)在荷兰负责发展工作。位于德国的欧洲太空操作中心(ESOC)将在发射后操作太阳轨道载具。太阳轨道载具由空中客车防务及航天公司建造 ,包含10个仪器,其中9个由欧洲航天局成员国和欧洲航天局提供。美国宇航局提供了一项仪器(SoloHl)。和一个额外的传感器,重粒子传感器,这是太阳分析仪(SWA)仪器套件的一部分。

相关知识

太阳轨道载具 (SolO) 是由欧洲空间局 (ESA) 发展,计划环绕太阳的卫星。主要任务方案是于2017年1月由擎天神五号运载火箭从佛罗里达州的肯尼迪太空中心发射。SolO打算执行内太阳圈和新生太阳风的详细测量,并观测太阳的极区,这些都是从地球很难做到的,这些密切的观测都都是为了服务和回答这个问题:太阳是如何创造和控制太阳圈?

太阳轨道载具将在距离太阳约60(RS),或是0.284天文单位 (AU),位于水星近日点0.3075AU的内侧。在2012年的设计是要让它靠近至45 RS。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.Snape,Vamos Rafa,胡良-NASA

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翻译:天文志愿文章组-快速翻译小分队

联合署名Snape,Vamos Rafa,胡良,

审核:天文志愿文章组-

排版:零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https://www./feature/goddard/2020/how-esa-nasa-solar-orbiter-beats-the-heat-shield-sun

本文由天文志愿文章组-Snape,Vamos Rafa,胡良翻译自NASA的作品,如有相关内容侵权,请于三十日以内联系运营者删除。

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