Современный день Икар: Миссия Солнечного Солнца Паркера на Солнце
Что имеют луковицы кинотеатров IMAX вместе с поверхностью Солнца? Космический зонд NASA Parker поставит человеческое оборудование ближе всего к Солнцу, которое когда-либо было, поставив инженеров на вызов создания термостойкой электроники.
Несмотря на то, что это самый яркий и самый очевидный объект в нашем небе, еще многое предстоит узнать о Солнце.
Вот почему НАСА и их партнеры работают над Солнечным зондом Паркера, который в конечном итоге будет летать в семь раз ближе, чем любой другой искусственный объект на сегодняшний день: его ближайший пролет будет составлять 3, 8 миллиона миль от поверхности. Для контекста Земля вращается на расстоянии около 93 миллионов миль от поверхности Солнца, а Меркурий (ближайшая планета к Солнцу) - около 36 миллионов миль. Это также будет означать, что впервые человечество отправило зонд в корону Солнца, ее внешнюю атмосферу.
Отказ от солнечного зонда Parker. Изображение предоставлено NASA
Ожидается, что солнечный зонд Parker появится позднее этим летом, когда-то между 31 июля и 19 августа, используя Венеру для гравитации, чтобы приблизиться к Солнцу.
Тем не менее, этот близорукий пролет не приходит без технических проблем - в конце концов, у нас все еще есть проблемы с перегревом наших смартфонов, если они слишком долго остаются на солнце или в жару. Как мы проектируем, строим и тестируем чувствительную часть оборудования в миллионы раз больше тепла и радиации?
Кубок Фарадея: нетрадиционное проектирование и тестирование
Проектирование электроники, которая может выдерживать экстремальные условия окружающей среды, связана с разработкой материалов. За эти годы наметились большие успехи в выяснении того, что работает, а что нет, - проводите исследования по созданию космического корабля, который может, например, выжить на поверхности Венеры. Последний раз, когда люди отправили зонд на планету, в 1984 году, а автомобиль и его электроника продолжались всего два часа, прежде чем испаряться под сильным жаром и давлением. Инженеры JPL подозревают, что теперь они могут отправить космический корабль, который может длиться намного дольше, используя различные материалы в электронике, такие как керамика и стекло.
На зонде Паркера для одного из своих инструментов Мичиганский университет разработал чашку Фарадея, используя сапфировые кристаллические изоляторы и огнеупорные материалы. Чаша является частью исследования солнечных ветров электрона Альфа и протонов (SWEAP), которые помогут ученым определить состав солнечных ветров Солнца.
Sapphire используется в электронике в военной и аэрокосмической промышленности с 60-х годов. Материал действует как электрический и тепловой изолятор, защищая электронику от излучения и тепла. Огнеупорные материалы - это жаропрочные минералы, используемые в таких областях, как реакторы и печи.
Конечно, создание и проектирование датчика - это половина проблемы - другая половина успешно тестирует его. Чтобы имитировать экстремальную жару поверхности Солнца, исследовательская группа купила четыре старых ламповых кинотеатра IMAX от eBay, в которых используются луковицы, которые могут достигать 5700 кельвинов. Исследователи говорят, что это примерно такая же температура, как и поверхность Солнца, с подобным спектром света.
С четырьмя проекторами была построена испытательная камера, которая затем открывала чашку для моделируемой окружающей среды вблизи Солнца. Затем ионы были расстреляны на датчиках чашки, чтобы гарантировать, что устройство все еще работает и способно обнаруживать частицы плазмы, которые он предназначен для измерения. Команда и кубок до сих пор прошли все тесты.
Влияние Солнца на Землю
Миссия SWEAP имеет очень очевидную выгоду для нас на Земле. Солнечная активность может и влияет на нашу повседневную жизнь. Хотя мы обладаем защитой от большинства космических частиц благодаря магнитосфере Земли, CME (корональные массовые выбросы), солнечные вспышки и солнечные максимумы могут нарушать электронику на Низкоземной орбите и даже на поверхности Земли.
Солнечная активность циклична, и каждые 11 лет существует «солнечный максимум», период, когда на поверхности Солнца появляется больше пятен, которые означают флуктуации магнитного поля, а общая освещенность Солнца увеличивается примерно на 0, 07 процента. За это время существует более высокая вероятность выброса корональной массы, которая отправляет большое количество протонов и электронов в космос.
Изображение предоставлено Space Answers
Для Земли нам в основном повезло избежать их в течение последних 100 лет, но в 1859 году CME действительно натолкнулся на Землю. Некоторые из эффектов были интересными, например, создание полярного сияния, которое освещало небо по всей Северной Америке. Другие последствия были менее желанными, как повреждение телеграфных систем.
Сегодня мы полагаемся на гораздо более сложные системы, которые гораздо более уязвимы для такого рода повреждений. Спутники на орбите могут стать сильно поврежденными или неработоспособными, оказывая влияние на навигацию по GPS, связь и наблюдение Земли. На земле могут возникнуть повреждения электрических сетей, что приведет к отключению электроэнергии.
Изучение Солнца, безусловно, стоит того, особенно с точки зрения электроники. Понимание того, что представляет собой атмосфера Солнца и способное лучше прогнозировать ее активность, может помочь нам смягчить определенный урон, который он в противном случае может вызвать нас, когда или когда нас поразит другой CME.
И тем временем, изобретательные новые способы разработки тепло- и радиационно-толерантного оборудования помогают нам исследовать.