https://frosthead.com

Bag kulisserne med rumfartøjet, der vil svæve gennem solens atmosfære


Opdatering 11. august 2018 kl. 8: NASA har forsinket lanceringen af ​​Parker Solar Probe indtil morgenen søndag den 12. august med et nyt lanceringsvindue, der begynder kl. 3:31 EDT. Sonden var oprindeligt planlagt til opsætning før solopgang lørdag, men på grund af en fejl, der involverede en heliumpres-anomali med rumfartøjets Delta IV Heavy raket, blev forsøget skrubbet minutter før planlagt lift. Den seneste sonde kan påbegynde sin rejse i 2018 vil være den 23. august, da den er afhængig af flyvebakker af Venus for at nå solen. Ellers vil sonden lancere næste maj.

Parker Solar Probe, der skal lanceres den 11. august, vil være menneskets første nogensinde kontakt med vores nærmeste stjerne.

Tidligere rumfartøjer har beundret solen langvejs, da stjernens sværende temperaturer har forhindret en dybdegående undersøgelse af dens overflade. Nu, udstyret med et avanceret termisk beskyttelsessystem - inklusive hvad der muligvis er verdens mest teknologisk avancerede solskærm - er Parker Solar Probe beregnet til at gøre historie.

Sondens syv-årige mission har flere mål. For det første samler sonden mere information om solvindene - strømme af plasma og partikler, der udsendes fra soloverfladen. Disse vinde accelererer til hastigheder på omkring 250 miles i sekundet, når de er bundet fra deres stjerne. Når de først er i rummet, rejser de hundreder af millioner af kilometer og spyr forbi Jorden i en konstant strøm. Den eneste grund til, at vi ikke føler, at buffet er Jordens magnetfelt, der afleder vinden som en klippe i en løbende flod. Men hvordan vinden i sidste ende bryder væk fra solens tyngdekraft forbliver mystisk.

Denne særlige undersøgelseslinje rammer hjem for længe beundrere af vores nærmeste stjerne. Solvindene blev først beskrevet i slutningen af ​​1950'erne af sonens navnebror, fysiker Eugene Parker; nu, i en alder af 91, kan Parker muligvis endnu høre svarene på hans 60-årige videnskabelige undersøgelse.

For det andet vil sonden være den første, der kommer i kontakt med solens korona - den kaotiske, hvirvlende ydre atmosfære, der er synlig for det blotte øje under en solformørkelse. Af en eller anden grund er koronaen en halo varmere end det hoved, den omgiver, og flammer ved temperaturer op til 2 millioner grader Fahrenheit - et par størrelsesordener over solens (ofte flygtige) overfladetemperatur på ca. 10.000 grader Fahrenheit (hvilket skal være fair, er stadig ingen gåtur i parken). Det er lige så intuitivt, som det lyder - som at rive hånden væk fra et flimrende stearinlys kun for at føle et endnu mere brændende brænde.

For det tredje undersøger sonden accelerationen af ​​højenergipartikler væk fra soloverfladen. Den hurtigste af disse partikler efterlader solvindene i støvet, der brændes med ved hastigheder over 100.000 miles per sekund (undertiden griber ind i lysets hastighed). Faktisk er disse partikler ofte forbundet med begivenheder som solfakkelarter (blændende lyse energipunkter, der eksploderer fra soloverfladen) eller udsprøjtning af koronal masse (fyrige bælter af plasma, der spyr solen ud), som begge kan skade satellitter og endda forårsage strømafbrydelser på Jorden. Forskere håber, at sondens ventures vil informere, hvordan den flygtige korona formår at bøje både solvind og disse højenergipartikler ud i rummet.

”Vi har ventet 60 år på denne mission, ” siger Nicola Fox, Parker Solar Probes projektforsker. ”Det besvarer spørgsmål, der har plaget forskere, siden vi opdagede, at koronaen var overophedet. Det er en sand opdagelsesrejse. ”

Fotograf Michael Soluri havde en eksklusiv mulighed for bag kulisserne at se forskerne i aktion. ”Jeg ser efter de visuelle aspekter på en unik måde, der hjælper med at overskride stereotypen af, hvad en videnskabsmand 'skal være, ” siger han. ”Folk dueforskere. Jeg vil bryde den barriere. ”(© michael soluri / michaelsoluri.com) Fra venstre til højre: tekniker Tony Ahan, maskiningeniører Kelles Gordge og Daniel Eby, varmeskjolds lederingeniør Betsy Congdon, og systemsikkerhedsingeniør Chip Delmar. (© michael soluri / michaelsoluri.com) En af sondeens forsendelsescontainere. Varmeskjoldet er faktisk brandfarligt - men kun i nærvær af ilt, der er knap i solens korona. Her på Jorden er det imidlertid nødvendigt at tage forholdsregler. (© michael soluri / michaelsoluri.com) ”Jeg ville se menneskeheden bag rumforskning, ” siger Soluri. ”Deres sans for præcision er ekstraordinær. Det viser, at der er håndværk involveret, og det er ikke rutine. ”(© michael soluri / michaelsoluri.com) Mekanikeren Jim Hucheson har en sensorkil fra Parker Solar Probes instrument for energi-partikelinstrument-lav energi (EPI-Lo), som måler lavenergipartikler, der strømmer fra solen, i forhold til solvindene. Tilføjer Soluri, "Disse mennesker udfører ekstraordinært arbejde med ekstraordinære materialer og arbejder som et team for at udforske universet." (© michael soluri / michaelsoluri.com) Parker Solar Probes antenne med høj forstærkning dækket af en radom for at beskytte den mod forurening og / eller skade under jordforarbejdning. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Videnskabsmændene bag sondens konstruktion omtaler kærligt det som en “otte-fots frisbee.” Parker Solar Probe, som var 4, 5 centimeter tyk og 160 pund, ville være et heftigt kast for selv de mest erfarne frisbe-spillere. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Annette Dolbow, en tidligere grundskolelærer, befandt sig begejstret for elektronik midtvejs i sin karriere - og besluttede at skifte kursus. I de sidste 21 år har hun været en del af opførelsen af ​​13 NASA-satellitter - men Parker Solar Probe er hendes første som integration og testleder. ”Det er en af ​​de vanskeligste missioner, jeg nogensinde har været en del af, ” siger Dolbow. ”Men det er bestemt en enorm kulmination af min karriere.” (© michael soluri / michaelsoluri.com) Congdon, ledende ingeniør for Parker Solar Probes varmeskjold, hjalp med til at designe den 160 pund, 4, 5 tommer tykke kulstofkomposit, der vil beskytte sondens instrumenter mod solens brændende varme. Tilføjer Soluri, "En del af min rejse er at humanisere de mennesker, der gør videnskaben og afsløre dem som mennesker i en unik verden." (© michael soluri / michaelsoluri.com)

Selvom sonden skal lukke kløften mellem Jorden og solen på 93 millioner kilometer, er dens bane ikke nøjagtigt direkte. Rumfartøjer, der er lanceret fra Jorden, starter med det samme fremadgående momentum som selve planeten, så sonden kan ikke gå direkte ind i infernoet. I stedet vil sonden tilbringe de næste syv år i en langsom vals med stramning af ellipser rundt om solen, og indsnævre kløften mellem sig selv og dens fyrige dansepartner med hvert år, der går. For at forblive på kursen vil Parker Solar Probe lejlighedsvis løbe sammen med Venus i en rumfartøjs-planet sashay, som Betsy Congdon, ledende ingeniør for Parker Solar Probes varmeskjold, sammenligner med en "håndbremsevending.", kan sonden stabilisere og omdirigere sin vej.

Sondens rejse vil kulminere i en endelig tilgang til stjernen i slutningen af ​​2024, hvor den vil komme inden for 3, 83 millioner miles fra soloverfladen. Selvom dette stadig lyder fjernt, er dette syv gange tættere, end noget rumfartøj nogensinde har været for solen - og lukker ca. 96 procent af afstanden mellem Jorden og dens stjerne. Hvad mere er, dette vil plante rumfartøjet fast inden i den brændende korona.

Det er her, varmeskjoldet kommer ind. Designerne har været næsten et årti i skabelsen, og det vil være alt, hvad der står mellem sonden og de gribende farer på dens banebrydende rejse. Men opgaven har været lidt mere skræmmende end at pluppe en solhat på det 1400 pund rumfartøj.

Ved kun 4, 5 tommer tyk har varmeskærmen en squishy carbon-skumkerne, der faktisk er 97 procent hul - hvilket gør strukturen til noget af en luftsandwich. Teamets kærlige kaldenavn “otte-fots frisbee” -klokke er stadig på 160 pund. På hver side er to paneler lavet af en kulstofkomposit, der faktisk bliver mere robust, når den opvarmes. Derudover er den solvendte side belagt i en specialiseret hvid maling, der spreder det meste af solens varme og beskytter de skrøbelige instrumenter nedenfor. Malingen er i det væsentlige den mest kraftige solcreme, der nogensinde er opfundet - og det er kritisk, at der ikke går glip af et sted.

Ved sondens nærmeste tilgang vil toppen af ​​skjoldet bage ved ca. 2500 grader Fahrenheit - over syv gange den temperatur, der kræves for at stege en Thanksgiving-kalkun - men stadig overraskende køligt i betragtning af dens omgivelser. Uoverensstemmelsen har at gøre med spredningen af ​​partikler i coronas atmosfære: Størstedelen af ​​varmen, som sonden vil opleve, kommer faktisk fra solens (relativt kølige) overflade, der simmer nogle få millioner miles væk. ”Hvis du stikker hånden i en ovn, brænder den ikke, ” forklarer Congdon. ”Det er kun når du rører overfladen.”

Når den tåler disse svulmende temperaturer, vil den "kæmpe frisbee" holde resten af ​​sonden lige så kølig som en (lunken agurk). Skærmens bagside forbliver ved 600 grader Fahrenheit, og instrumenterne, der er tilsluttet inde i sondens bus, forbliver omkring 85 grader Fahrenheit. For at sikre, at den følsomme elektronik forbliver i skygge, skal varmeskærmen altid vende mod solen. Et fejlagtigt skridt kan afslutte den længe ventede mission på få sekunder.

Men holdet har taget forsigtighed ved forsigtighed for at udelukke denne mulighed. Syv specialiserede sensorer (sommetider benævnt ”solcellemenssensorer”) omgiver rumfartøjet, prøver konstant prøvens eksponering for lys. Hvis rumfartøjet vippes ind i en usikker position, udløser sensorerne en beskyttende reaktion for hurtigt at korrigere sondens vinkel. Proben leveres også med et flydende kølesystem, der pakker i fem liter vand under tryk, der kan sildre langs små årer langs maskinen for at opretholde en brugbar omgivelsestemperatur. Holdets omhyggelige konstruktion er blevet vævet ind i hver rumhovedets krik. ”Hun ser dybest set efter sig selv, ” siger Fox.

Da det "mest autonome rumfartøj" nogensinde er blevet bygget, er sonden nødt til at sætte en masse maskiner i en relativt lille pakke, siger Annette Dolbow, Parker Solar Probes integrations- og testledning (sonden er på størrelse med en lille bil). Når rumfartøjet er startet, vil det i det væsentlige afskære alle bånd med dets vagter på Jorden - hvilket betyder, at det er op til denne pludselige sonde at kæmpe for sig selv i de næste syv år. Siden oktober 2012 har Dolbow brændt kærligt over sonden som en ængstelig forælder for at sikre dens sikre passage.

Dr. Nicola Fox © soluri_IS4A0085.jpg Ifølge fotograf Michael Soluri havde projektforsker Nicola Fox en hånd med at navngive Parker Solar Probe efter fysikeren Eugene Parker, 91 år, og knuste en mangeårig NASA-regel mod at navngive rumfartøjer efter levende personer. (© michael soluri / michaelsoluri.com)

Selvfølgelig er der mere ved sonden end futuristisk solcelleblok: Det har nogle seriøse forretninger at tage sig af. Ved siden af ​​dets beskyttelsesanordninger vil rumfartøjet sportsinstrumenter som Solar Probe Cup, designet til at samle de høje energi-partikler, der strømmer fra soloverfladen, og et sæt teleskoper til at sætte solbelyste fotos af seværdighederne.

Og sonden planlægger bestemt ikke at spilde den rigdom med solenergi, den vil være interesseret i i sine rejser: Når alt kommer til alt, vil den se en masse sol. Når det stadig er langt fra stjernen, vil sonden kaste sine solcellepaneler brede og blødlægge stjernens energiske stråler i kraft for sine instrumenter. Men når det nærmer sig, vil panelerne trække sig indad som en sovende fugls vinger, hvilket drastisk reducerer mængden af ​​lys, de optager. Ved nærmeste tilgang vil solens magt være 475 gange, hvad en satellit, der kredser rundt om Jorden, ville opleve - dette er, som Fox udtrykker det, "et pokker med en masse magt", der kan overvælde systemets følsomme elektronik.

Congdon, Dolbow og Fox er alle fast ved, at sonden ikke kunne have samlet sig uden den enorme samarbejdsindsats fra NASA og Johns Hopkins Applied Physics Laboratory's videnskabsfolk, teknikere og koordinatorer. Holdet og deres samarbejdspartnere har oversat årtiers planlægning fra menneskelige sind til ark og PowerPoint-lysbilleder - nu fuldt ud realiseret i et håndgribeligt resultat af aldrig før set mekanik.

Dolbow's gruppe har især dedikeret et svimlende antal timer til sondens konstruktion: ”De fleste projekter får muligvis 300 til 500 timer på hardware, ” forklarer Dolbow. ”Vores havde næsten 5000 timer på alle vores delsystemer ... men [teamet] smiler stadig. De er så stolte af, hvad de har gjort. ”

Efter sondens lancering spøger Dolbow, at hun måske bemærker sit tomme rede: ”Når det er forbi, vil der være en periode, som jeg ikke ser frem til ... når vi alle går af og gør separate ting igen. Men det vil være fantastisk, at rumfartøjet er i rummet, hvor det hører hjemme. Jeg kommer mig. ”

Som vores nærmeste stjerne er solen vores bedste fuldmagt til at forstå disse himmellegemer som helhed. Hvad mere er, solen er blevet en ret kritisk del af vores eksistens her på jorden - men ingen stjerne er bygget til at vare evigt. At opnå en klarere forståelse af solens sundhed og temperament tjener ikke kun fremtiden for rumforskning, men også livets natur på vores egen planet.

”Denne mission er lidt af alting, ” siger Fox. "Det er historisk, det laver grundlæggende fysik - men det giver også en fordel for livet og samfundet som helhed."

Med lanceringen kun få dage, undrer Dolbow sig over, at mange års hårdt arbejde endelig er samlet. ”Her er vi i mesterskabet, og vi er ved at krydse ind i slutzonen, ” siger hun. ”Det er blevet en sådan familie.”

Proben vil afvige fra Cape Canaveral Air Force Station i Florida denne lørdag, med et lanceringsvindue, der starter kl. 3:33 EDT. Dens bølge i atmosfæren vil belyse stadig mørke himmel - en historisk bluss, der går foran selv morgenens stigende sol.

Bag kulisserne med rumfartøjet, der vil svæve gennem solens atmosfære