帕克探测器将探测太阳
今年夏天，美国宇航局的帕克太阳探测器将发射到更接近太阳的地方，更深入到太阳大气层。
在太阳大气层的一部分，一个被称为日冕的区域，帕克太阳能探测器(Parker Solar Probe)将进行前所未有的观测。
在日冕区域，温度是难以想象的热。 帕克太阳能探测器将穿过温度超过一百万华氏度的物质，同时受到强烈的阳光照射。
那么，它为什么不融化？这是由于该探测器可以承受任务的极端条件和温度波动，其关键化石在于其定制隔热罩和自动系统，有助于保护任务免受太阳强烈的光发射
热量在一定条件下并不会导致温度升高
要理解其中的原理，需要搞清热量与温度的概念。与我们的直觉相反，高温并不总能实际加热另一个物体。
在太空中，温度可以达到几千度，但这不会给予物体显着的热量增加。 为什么？温度是测量粒子移动的速度，而热量是测量它们传输的总能量。粒子可能快速移动（造成高温），但如果粒子很少，它们将不会传递太多能量（造成低热量）。由于太空大部分是真空状态，因此很少有能够将能量传递给探测器的粒子。
帕克太阳能探测器飞行的日冕区域具有极高的温度，但密度非常低。 想想把手放在烤箱中与把手放在一盆开水中之间的区别（不要在家里尝试这么做！），在烤箱里，你的手可以承受比在水中更长和更高的温度。手必须与更多的粒子相互作用。 类似地，与太阳的可见表面相比，日冕的密度较小，因此探测器只会与较少的热颗粒相互作用，从而不会接收到太多的热量。
这意味着，当帕克太阳能探测器穿过温度为几百万华氏度的太空时，面向太阳的隔热罩表面将仅被加热到大约2500华氏度（大约1400摄氏度）。
TPS热屏蔽层将保护派克太阳能探测器
当然，数千华氏度仍然非常热，相比之下，火山喷发的熔岩在1300至2200华氏度（700至1,200摄氏度）之间。为了承受这种热量，派克太阳能探测器使用了称为热保护系统的热屏蔽（TPS），有了该屏蔽层的保护，在探测器的另一侧，机身温度将保持在85华氏度（30摄氏度）。
TPS由约翰霍普金斯应用物理实验室设计，由卡朋卡朋先进科技（Carbon-Carbon Advanced Technologies）建造，使用夹在两块碳板之间的碳复合泡沫。 这种轻质隔热材料将在朝阳板上涂上白色陶瓷涂料，以尽可能多地反射热量。 经测试，热屏蔽层可承受高达3000华氏度（1650摄氏度）的温度，TPS可以处理太阳能发送的任何热量，几乎可以保证所有仪器的安全。
太阳能探测杯将越过隔热罩进行探测
不过，并非所有的太阳能探测器的仪器都将置于TPS的保护。太阳能探测杯将越过隔热罩，是帕克太阳能探测器上的两种不受隔热罩保护的仪器之一。 这种仪器就是所谓的法拉第杯，这是一种传感器，用于测量太阳风的离子和电子通量以及流动角度。 由于太阳大气的强度，必须设计独特的技术，以确保仪器不仅能够正常工作，而且其电子设备也可以发回准确的读数。
杯子本身由钛钼钼合金片制成，钼合金的熔点约为4260°F（2,349℃）。为太阳探测杯产生电场的芯片由钨制成，这种金属的熔点最高为6192华氏度（3422摄氏度）。通常使用激光来蚀刻这些芯片中的网格线，但是由于高熔点，所以必须使用酸。
另一个挑战是以布线，大多数电缆会因暴露在靠近太阳的热辐射区域而融化。为了解决这个问题，该团队使用了蓝宝石水晶管来悬挂布线，并用铌制成电线。
为了确保仪器能在恶劣环境运行，研究人员需要在实验室中模拟太阳的强烈热辐射。为了创造一个具有测试价值的热量，研究人员使用粒子加速器和IMAX投影仪操纵温度。投影仪模仿太阳的热量，而粒子加速器将杯子暴露在辐射下，以确保杯子可以在强烈条件下测量加速粒子。 为了绝对确保太阳能探测杯能够承受恶劣的环境，科学家们制造出了太阳能炉，这是一种利用10000个可调节的镜子组成的设备，用来测试杯子对抗强烈的太阳辐射。
太阳能探测杯顺利通过了测试。
其他几种设计能够让派克太阳能探测器免受高温的影响。 在没有保护的情况下，太阳能电池板会过热。 在每次进入太阳的过程中，太阳能电池阵列都会在隔热罩的阴影后面缩回，只留下一小部分暴露在太阳的强烈光线下。
帕克太阳能探测器冷却系统
但是那个接近太阳的地方，需要更多的保护。 太阳能电池板具有令人惊讶的简单冷却系统：一个加热罐，可防止冷却剂在发射过程中冻结，两个散热器可防止冷却剂冻结，铝散热片可最大限度地冷却表面，泵可循环冷却剂。 冷却系统功能强大，足以冷却客厅大小的面积区域，并在保持太阳能电池阵列和仪器的冷却和运行。
用于系统的冷却液是大约一加仑（3.7升）的去离子水。 它们可以让探测器温度范围在50华氏度（10摄氏度）和25华氏度（125摄氏度）之间变化。
保护探测器的另一个难题是如何与之通信。 派克太阳能探测器将在很大程度上独自应对。 如果工程师必须从地球上控制探测器，那么到达探测器的时间需要8分钟，这意味着当出现问题时，纠正它将为时已晚。
因此，探测器的设计旨在使其自身保持安全并与太阳保持同步。 几个传感器，大约是手机大小的一半，沿着来自隔热罩的阴影边缘连接到航天器的主体上。 如果这些传感器中的任何一个检测到太阳光，它们会向中央计算机发出警报，航天器可以纠正其位置，以保护传感器和其他仪器的安全。 这一切都必须在没有任何人为干预的情况下发生，因此中央计算机软件已经过编程和广泛测试，以确保可以即时进行所有校正。
一旦发射升空后，派克太阳能探测器将检测太阳的位置，热保护罩对准太阳方向前进，完成三个月的旅程，在这个过程中经受太阳的热量并保护自己免受太空真空影响。
在七年计划任务期间， 帕克太阳能探测器将完成24个轨道飞行。 在每次接近太阳的过程中，它将对太阳风进行采样，研究太阳的日冕，并提供前所未有的太阳近距离观测。
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