https://frosthead.com

Zadaj za prizoriščem s vesoljskim plovilom, ki bo letelo po sončni atmosferi


Posodobitev, 11. avgust 2018, 8.00: NASA je z zagonom solarne sonde Parker zamaknila do jutra, v nedeljo, 12. avgusta, z novim izstrelitvenim oknom, ki se bo začelo ob 3:31 po EDT. Sonda je bila prvotno načrtovana za izstrelitev pred sončnim vzhodom v soboto, vendar je bil zaradi napake, ki vključuje helijsko tlačno anomalijo rakete Delta IV Heavy vesoljskega plovila, poskus poskusil očistiti nekaj minut pred predvidenim vzletom. Najnovejša sonda, ki se bo začela leta 2018, bo 23. avgusta, saj se za sonce zanaša na muhe Venere. V nasprotnem primeru se bo sonda zagnala prihodnji maj.

Solarna sonda Parker, ki naj bi se začela 11. avgusta, bo prvi stik človeštva z našo najbližjo zvezdo.

Predhodna vesoljska plovila so sonce občudovala že od daleč, saj so goreče temperature zvezde preprečile poglobljeno proučevanje njene površine. Zdaj je opremljen z najsodobnejšim sistemom toplotne zaščite - vključno s tistim, kar je morda tehnološko najbolj napreden sončni vizir - Parkerjeva solarna sonda je predvidena za zgodovino.

Sedemletna misija sonde ima več ciljev. Najprej bo sonda zbrala več informacij o sončnih vetrovih - tokovih plazme in delcev, ki se oddajajo s sončeve površine. Ti vetrovi pospešijo do hitrosti približno 250 milj na sekundo, ko so iztrebljeni iz svoje zvezde. Ko so enkrat v vesolju, prevozijo stotine milijonov kilometrov in se neprestano pretakajo mimo Zemlje. Edini razlog, da ne bi čutili bifeja, je Zemljino magnetno polje, ki odbija veter kot balvan v reki, ki buri. Toda kako se vetrovi na koncu odcepijo od sončnega gravitacijskega vleka, ostaja skrivnostno.

Ta posebna poizvedovalna hiša je namenjena dolgoletnim občudovalcem naše najbližje zvezde. Sončne vetrove je prvič opisal v poznih petdesetih letih soimek sonde, fizik Eugene Parker; zdaj, pri 91 letih, Parker morda še sliši odgovore na svoja 60-letna znanstvena raziskovanja.

Drugič, sonda bo prva stopila v stik s sončno korono - kaotično vrtinčenje zunanje atmosfere, ki je vidna s prostim očesom med sončnim mrkom. Korona je iz nekega razloga halo bolj vroča od glave, ki jo obdaja, in plamti pri temperaturah do 2 milijona stopinj Fahrenheita - nekaj vrstni red nad sončno (pogosto hlapno) površinsko temperaturo približno 10.000 stopinj Fahrenheita (kar naj bi bilo pošteno, še vedno ni sprehoda po parku). To je tako kontratutivno, kot se sliši - kot, da roko odrineš od utripajoče sveče, samo da začutiš še bolj pekoč ožig.

Tretjič, sonda bo raziskala pospeševanje visokoenergijskih delcev stran od sončne površine. Najhitrejši od teh delcev puščajo sončni veter v prahu, ki utripa s hitrostjo več kot 100.000 milj na sekundo (včasih posega v svetlobno hitrost). Pravzaprav so ti delci pogosto povezani z dogodki, kot so sončni žarki (zaslepljujoče svetle lise energije, ki eksplodirajo s sončeve površine) ali izmetje koronalne mase (ognjeni belci plazme, ki odganjajo sonce), ki lahko poškodujejo satelite in celo povzročijo izpadi električne energije na Zemlji. Znanstveniki upajo, da bodo podvigi sonde sporočili, kako lahko hlapna korona v vesolje sproži tako sončne vetrove kot te visoko energijske delce.

"Na to misijo smo čakali 60 let, " pravi Nicola Fox, znanstvenica projekta Parker Solar Probe. "Odgovarja na vprašanja, ki pestijo znanstvenike, odkar smo odkrili, da je bila korona pregreta. To je resnično potovanje odkritja. "

Fotograf Michael Soluri je imel ekskluzivno zakulisno priložnost, da vidi znanstvenike v akciji. "Vizualne vidike iščem na edinstven način, ki pomaga preseči stereotip o tem, kaj mora biti znanstvenik, " pravi. "Ljudje golobi znanstveniki. Želim prebiti to oviro. "(© michael soluri / michaelsoluri.com) Od leve proti desni: tehnik Tony Ahan, strojni inženirji Kelles Gordge in Daniel Eby, vodilni inženir s toplotno zaščito Betsy Congdon in inženir za varnost sistema Chip Delmar. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Eden od tovornih zabojnikov sonde. Toplotni ščit je dejansko vnetljiv - vendar le v prisotnosti kisika, ki ga v sončni koroni primanjkuje. Tu pa na Zemlji je treba sprejeti previdnostne ukrepe. (© michael soluri / michaelsoluri.com) "Želel sem videti človeštvo, ki stoji za vesoljskim raziskovanjem, " pravi Soluri. »Njihov občutek natančnosti je izjemen. Pokaže, da gre za obrt, in to ni rutinsko. "(© michael soluri / michaelsoluri.com) Strojni inženir Jim Hucheson drži senzorski klin iz inštrumenta Parker Solar Probe z energijskim instrumentom z nizko energijo (EPI-Lo) Parker Solar, ki bo meril nizkoenergijske delce, ki izhajajo iz sonca, glede na sončne vetrove. Dodaja Soluri, "Ti ljudje opravljajo izjemno delo z izrednimi materiali in sodelujejo kot ekipa za raziskovanje vesolja." (© michael soluri / michaelsoluri.com) Parker Solar Probe visokointenzivna antena, ki jo pokriva radom, da jo zaščiti pred onesnaženjem in / ali poškodbami med obdelavo tal. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Znanstveniki, ki stojijo za konstrukcijo sonde, jo ljubeče označujejo kot "osem čevljev frizbij". Parker Solar sonda s 4, 5 centimetrov debelo in 160 kilogrami bi bila zajeten hit tudi za najbolj sezonske frisbijske igralce. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Annette Dolbow, bivša učiteljica v osnovni šoli, se je sredi svoje kariere znašla naklonjena elektroniki in se odločila spremeniti smer. V zadnjih 21 letih je sodelovala pri gradnji 13 Nasinih satelitov - vendar je Parker Solar Probe njen prvi kot integracijski in testni vodnik. "To je ena najtežjih misij, ki sem se jih kdaj udeležila, " pravi Dolbow. "Ampak to je vsekakor velik vrhunec moje kariere." (© michael soluri / michaelsoluri.com) Congdon, glavni inženir toplotnega ščita Parker Solar Probe, je pomagal oblikovati 160-kilogramski 4, 5-palčni debel ogljikov kompozit, ki bo varoval instrumente sonde pred sončno vročino. Doda Soluri, "Del moje poti je humanizirati ljudi, ki delajo znanost, in jih razkriti kot ljudi v edinstvenem svetu." (© michael soluri / michaelsoluri.com)

Čeprav mora sonda zapreti 93 milijonov milj vrzeli med Zemljo in soncem, njena usmeritev ne bo ravno neposredna. Vesoljska plovila, ki so bila izstreljena z Zemlje, se začnejo z enakim zagonom kot planet sama, zato sonda ne more streljati naravnost v pakleni del. Namesto tega bo sonda naslednjih sedem let preživela v počasnem valčku zaostrenih elipse okoli sonca, ki bo vsako leto zožila vrzel med seboj in svojim ognjenim plesnim partnerjem. Če želite ostati na tečaju, bo Parkerjeva sončna sonda občasno stopila skupaj z Venero v vesolju vesoljskega letala, ki ga Betsy Congdon, vodilni inženir toplotnega ščita Parker Solar Probe, primerja z "ročno zavoro"., lahko sonda stabilizira in preusmeri svojo pot.

Potovanje sonde se bo končalo s končnim pristopom k zvezdi konec leta 2024, med katerim bo prišel na 3, 83 milijona milj od sončne površine. Čeprav se to še vedno sliši oddaljeno, je to sedemkrat bližje kot katero koli vesoljsko plovilo do kdaj soncu - in zapre približno 96 odstotkov razdalje med Zemljo in njeno zvezdo. Še več, to bo vesoljsko plovilo postavilo trdno v žgočo korono.

Od tod prihaja toplotni ščit. Načrti so že skoraj desetletje v izdelavi in ​​bodo vse, kar stoji med sondo in prepadnimi nevarnostmi na njenem prelomnem potovanju. Toda naloga je bila nekoliko bolj zastrašujoča kot če bi oblekli sončno kapo na 1400-kilogramsko vesoljsko plovilo.

Debelina le 4, 5 centimetrov ima toplotni ščit okroglo ogljikovo penasto jedro, ki je dejansko 97-odstotno votlo, kar naredi strukturo nekaj zračnega sendviča. Kljub temu ekipa ljubeče vzdevek "osem čevljev frizbi" ure v 160 kilogramov. Na obeh straneh sta dve plošči iz ogljikovega kompozita, ki pri segrevanju dejansko postane bolj trmast. Poleg tega je stran, obrnjena proti soncu, prevlečena s specializirano belo barvo, ki razprši večino sončne toplote in varuje krhke instrumente spodaj. Barva je v bistvu najtežja krema za sončenje, ki je bila kdajkoli izumljena - in ključnega pomena je, da ne zamudimo mesta.

Ob najbližjem pristopu sonde se bo vrh ščita pekel na približno 2500 stopinjah Fahrenheita - več kot sedemkrat večjo temperaturo, potrebno za praženje zahvalnega purana - vendar kljub temu presenetljivo hladno glede na okolico. Neskladje je povezano z razpršenostjo delcev v atmosferi korone: Večina toplote, ki jo bo izkusila sonda, bo dejansko prišla s sončeve (sorazmerno hladne) površine, ki jo je potovalo nekaj milijonov milj. "Če roko zataknete v pečico, ne bo gorela, " pojasni Congdon. "To je samo, ko se dotaknete površine."

Medtem ko vzdrži te nabrekljive temperature, bo "velikanski frizbi" ostalo sondo hladen kot (mlačna) kumara. Hrbtna stran ščita ostaja pri 600 stopinjah Fahrenheita, inštrumenti, zakriti v avtobusu sonde, pa bodo ostali okoli 85 stopinj Fahrenheita. Da bi občutljiva elektronika ostala v senci, mora biti toplotni ščit vedno obrnjen proti soncu. En napačni korak bi lahko v nekaj sekundah končal dolgo pričakovano misijo.

Toda ekipa je pri previdnosti preprečila to možnost. Sedem specializiranih senzorjev (včasih imenovanih „senzorji sončnih okončin“) obkroža vesoljsko plovilo, ki stalno vzorčuje izpostavljenost sonde svetlobi. Če se vesoljsko plovilo nagaja v negotovem položaju, bodo senzorji sprožili zaščitni odziv za hitro popravljanje kota sonde. Sonda ima tudi sistem tekočega hlajenja, ki vsebuje pet litrov vode pod tlakom, ki se lahko vzdržuje po majhnih žilah vzdolž strojev, da ohrani uporabno temperaturo okolice. Natančen inženiring ekipe je vtkan v vse krake vesoljskega plovila. "V bistvu skrbi zase, " pravi Fox.

Kot "najbolj avtonomno vesoljsko plovilo", kar je bilo kdajkoli zgrajenega, mora sonda veliko strojev zatakniti v sorazmerno majhen paket, pravi Annette Dolbow, vodja za integracijo in testiranje Parker Solar Probe (sonda je približno velikost majhnega avtomobila). Ko se vesoljsko plovilo lansira, bo v bistvu prekinilo vse vezi s svojimi skrbniki na Zemlji, kar pomeni, da bo v tej naslednjih sedmih letih kljubovalna sonda. Dolbow je od oktobra 2012 ljubeče begal nad sondo kot zaskrbljen starš, da bi zagotovil varen prehod.

Dr. Nicola Fox © soluri_IS4A0085.jpg Po besedah ​​fotografa Michaela Solurija, projektna znanstvenica Nicola Fox je roko pri imenovanju Parkerjeve solarne sonde po fiziku Eugenu Parkerju, stara 91 let, razbila dolgoletno pravilo NASA proti imenovanju vesoljskih plovil po živih osebah. (© michael soluri / michaelsoluri.com)

Seveda je za sondo več kot futuristična zaščita pred soncem: udeležiti se je treba resnih poslov. Poleg svojih zaščitnih ukrepov bo vesoljsko plovilo izvajalo športne inštrumente, kot je Solar Probe Cup, zasnovan tako, da zajame visoko energijske delce, ki izhajajo iz sončne površine, in komplet teleskopov, s katerimi lahko posnamete fotografije znamenitosti.

In sonda zagotovo ne načrtuje, da bi zapravila bogastvo sončne energije, ki ji bo prišlo na potovanje: navsezadnje bo videlo veliko sonca. Ko je še daleč od zvezde, bo sonda širila svoje sončne panele na široko in namočila v zvezdne energijske žarke, da bi napajala svoje instrumente. Toda ko se približuje, se bodo plošče zavihale navznoter kot krila uspavane ptice in tako drastično zmanjšali količino svetlobe, ki jo absorbirajo. Ob najbližjem približevanju bo sončna moč 475-krat večja od izkušnje satelita, ki kroži po Zemlji - to je, kot pravi Fox, "velik del moči", ki bi lahko preplavila občutljivo elektroniko sistema.

Congdon, Dolbow in Fox so prepričani, da sonde ne bi bilo mogoče združiti brez ogromnih prizadevanj znanstvenikov, tehnikov in koordinatorjev Laboratorija za uporabno fiziko NASA in Johnsa Hopkinsa. Ekipa in njihovi sodelavci so desetletja načrtovanja iz človeških umov prevedli na liste papirja in diapozitive PowerPoint - zdaj popolnoma realizirane v oprijemljivem podvigu še nikoli videne mehanike.

Zlasti Dolbowlova skupina je za gradnjo sonde namenila osupljivih ur: "Večina projektov lahko na strojni opremi dobi od 300 do 500 ur, " pojasnjuje Dolbow. "Naši so imeli skoraj 5000 ur v vseh naših podsistemih ... toda [ekipa] je še vedno nasmejana. Tako so ponosni na to, kar so storili. "

Po izstrelitvi sonde se Dolbow šali, da bo morda opazila svoje prazno gnezdo: "Po koncu bo prišlo obdobje, ki se ga ne veselim ... ko se bomo vsi odpravili in spet ločili stvari. A čudovito bo, da je vesoljsko plovilo v vesolju, kamor spada. Okreval bom. "

Kot naša najbližja zvezda je sonce naš najboljši zastopnik za razumevanje teh nebesnih teles kot celote. Še več, sonce je postalo precej kritičen del našega obstoja tukaj na zemlji - vendar nobena zvezda ni zgrajena tako, da bi trajala večno. Pridobivanje jasnejšega razumevanja sončnega zdravja in temperamenta bo služilo ne le prihodnosti raziskovanja vesolja, ampak tudi naravi življenja na našem lastnem planetu.

"Ta misija je malo vsega, " pravi Fox. "Zgodovinsko je, deluje s temeljno fiziko, vendar prinaša koristi tudi življenju in družbi kot celoti."

Dolbow se čudi, da so se leta, ki so se predstavila le nekaj dni, čudila, da so se leta trdega dela končno združila. "Tu smo v prvenstveni tekmi in kmalu bomo prestopili v končno cono, " pravi. "To je postala takšna družina."

Sonda se bo to soboto odpravila iz letalske postaje Cape Canaveral na Floridi, z izstrelitvenim oknom se začne ob 3:33 zjutraj po EDT. Vzračje v ozračje bo razsvetlilo še vedno temno nebo - zgodovinski blisk, ki je celo pred jutranjim vzhajajočim soncem.

Zadaj za prizoriščem s vesoljskim plovilom, ki bo letelo po sončni atmosferi