مجله‌ای برای دوست‌داران علم و طبیعت زمین و آسمان

فضاپیمای پارکر؛ پیش به سوی لمس خورشید

راهکارهای ناسا برای جلوگیری از ذوب شدن فضاپیمای پارکر

Credit: NASA/JHUAPL
1,011

ناسا به تازگی کاوشگر خورشیدی پارکر را به فضا پرتاب کرده است. فضاپیمایی که از هر فضاپیمای دیگری به خورشید نزدیک‌تر خواهد شد و جو خورشید را لمس خواهد کرد. فضاپیمای پارکر در این ماموریت به فاصله‌ی شش میلیون کیلومتری سطح خورشید خواهد رسید و با دقتی بیش از پیش به جمع‌آوری اطلاعات درباره‌ی ذرات، انرژی و دلایل دمای بسیار زیاد جو یا تاج خورشید خواهد پرداخت.

تاج خورشید دمای بسیار زیادی دارد و فضاپیمای پارکر از میان موادی با دمای بیش از پانصد هزار درجه‌ی سانتی‌گراد گذر خواهد کرد.

در چنین شرایطی سوال ساده‌ای که به ذهن می‌رسد این است که چگونه پارکر این دما را تحمل خواهد کرد؟

Credit: NASA/JHUAPL

در این مقاله نکات علمی‌ای را مرور کردیم که نشان داد با وجود عبور پارکر از تاج خورشید شرایط برای این فضاپیما آن‌طور که به نظر می‌رسد بحرانی نیست.

اما از سویی دیگر دیدیم که دمای پارکر ممکن است تا ۱۴۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش پیدا کند که به هیچ وجه رقم کوچکی نیست. برای مقایسه جالب است بدانید مواد مذاب آتشفشانی دمایی بین ۷۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد دارند.

فضاپیمای پارکر برای تحمل این گرمای شدید از یک سپر خورشیدی استفاده می‌کند. قطر این سپر خورشیدی که با عنوان سیستم حفاظت گرمایی (TPS) شناخته می‌شود ۲/۴ متر و ضخامت آن حدود ۱۱ سانتی‌متر است. این سیستم فضاپیما را از گرمای شدید خورشید نجات می‌دهد و دمای آن را به حدود ۳۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رساند.

این سیستم از یک کامپوزیت کربنی ساخته شده است. در آزمایش‌های صورت گرفته TPS دمای ۱۶۵۰ درجه‌ی سانتی‌گرادی را تحمل کرده است و می‌توان با اطمینان خاطر گفت که این سیستم می‌تواند تمام تجهیزات فضاپیمای پارکر را از گرمای شدید خورشید محافظت کند.

البته تمام تجهیزات پارکر پشت این سپر حرارتی قرار نگرفته‌اند. فنجان کاوشگر خورشید یکی از دو ابزاری است که خارج از محدوده‌ی عملکرد سیستم حفاظت گرمایی قرار گرفته‌اند. این ابزار که در علم فیزیک به آن فنجان فارادی می‌گویند حسگری است که شار یون و الکترون و زاویه‌های جریان باد خورشیدی را مورد سنجش قرار می‌دهد. دانشمندان با استفاده از فناوری‌های خاص این ابزار را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که در برابر شرایط سخت جو خورشید مقاومت کند.

دمای ذوب ماده‌ای که در ساخت این ابزار از آن استفاده شده حدود ۲۳۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است. در طراحی فنجان کاوشگر خورشید از تنگستن نیز استفاده شده که با نقطه‌‌ی ذوب ۳۴۲۲ درجه‌ی سانتی‌گراد رکورددار بالاترین نقطه‌ی ذوب در میان فلزات است.

یکی دیگر از مشکلات مهم در مسیر طراحی فضاپیمای پارکر سیم‌کشی الکترونیکی آن بود. اکثر کابل‌ها در چنین شرایطی ذوب می‌شوند. دانشمندان ناسا برای حل این مشکل سیم‌ها را در تیوب‌هایی از یاقوت کبود آویزان کردند و برای ساخت سیم‌ها نیز از نیوبیوم بهره بردند.

برای اطمینان از عملکرد صحیح ابزارهای پارکر در طول ماموریت این فضاپیما تمام ابزارها پیش از پرتاب باید در محیط شبیه‌سازی‌شده‌ی آزمایشگاهی قرار می‌گرفتند. بدین منظور پژوهشگران شرایط محیط نزدیک به خورشید را در آزمایشگاه و با استفاده از یک شتاب‌دهنده‌ی ذرات و پروژگتورهای IMAX شبیه‌سازی کردند. پروژکتورها وظیفه‌ی بالا بردن دما را بر عهده داشتند و شتاب‌دهنده‌‌ی ذرات به منظور اطمینان از کارکرد صحیح فنجان فارادی مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این برای رسیدن به اطمینان صد در صد از ابزاری استفاده شد که با کمک ده‌هزار آینه گرمای خورشید را متمرکز می‌کرد. خوشبختانه فنجان کاوشگر خورشید با موفقیت این آزمایش‌ها را پشت سر گذاشت و اکنون دانشمندان منتظر سنجش عملکرد آن در طول ماموریت هستند.

راهکارهایی دیگر برای خنگ نگه داشتن پارکر

علاوه بر موارد ذکرشده طراحی‌های دیگری نیز در فضاپیمای پارکر استفاده شده‌اند که به محافظت این فضاپیما از گرمای شدید کمک می‌کنند. پنل‌های خورشیدی پارکر که انرژی این فضاپیما را تامین می‌کنند در زمان نزدیک شدن به خورشید پشت سایه‌ی سپر حرارتی قرار می‌گیرند و تنها بخش کوچکی از آن‌ها در مقابل پرتوهای شدید خورشید باقی می‌ماند.

اما در چنین فاصله‌ی نزدیکی از خورشید اقدامات محافظتی دیگری نیز باید به کار گرفته شوند. آرایه‌های خورشیدی از یک سیستم ساده‌ی خنک‌کننده بهره می‌برند. این سیستم توانایی خنک کردن یک اتاق پذیرایی متوسط را دارد و می‌تواند آرایه‌های خورشیدی و تجهیزات فضاپیما را تا حد نیاز خنک کند.

مایعی که در این سیستم خنک‌کننده از آن استفاده می‌شود آب دیونیزه است. برای جلوگیری از جوش آمدن آب در دماهای بالاتر فشار آب افزایش پیدا کرده تا نقطه‌ی جوش آب را به ۱۲۵ درجه‌ی سانتی‌گراد برساند.

مسئله‌ی دیگری که در محافظت از هر فضاپیمایی مهم است برقراری ارتباط با آن است. پارکر حدود هشت دقیقه‌ی نوری با زمین فاصله خواهد داشت و مهندسان برای کنترل آن از روی زمین نمی‌توانند تصمیمات خود را به صورت لحظه‌ای به پارکر منتقل کنند.

بنابراین پارکر به صورت مستقل و با کمک چندین سنسور در شرایط خاص از خود محافظت خواهد کرد. این فرآیند بدون دخالت انسان و توسط کامپیوتر مرکزی فضاپیما انجام می‌شود.

پیش به سوی خورشید

پارکر در ماموریت هفت ساله‌ی خود ۲۴ بار از نزدیکی خورشید گذر خواهد کرد و در هر ملاقات به نمونه‌گیری از باد خورشیدی و بررسی تاج خورشید خواهد پرداخت و با نگاهی دقیق و از فاصله‌ای نزدیک خورشید را زیر نظر خواهد گرفت.

از فروشگاه آسمان شب دیدن کنید

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.