美国国家航空航天局的帕克太阳探测器正被尘埃彻底摧毁

美国国家航空航天局(NASA)的历史性任务遭遇了猛烈的尘埃轰炸,令执行任务的科学家们感到惊讶,并获得了一些有关帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)日益恶劣的环境的新数据。

帕克太阳探测器于2018年发射,目前已经完成了24个计划恒星轨道中的9个。每绕一次轨道,航天器就会越来越接近太阳,从而可以对我们的主恒星的太阳风和外部日冕进行前所未有的科学观测。探测器最终会毁灭于太阳的强烈热量和辐射,但这在未来4年内不会发生。

虽然它的任务还处于早期阶段,但航天器的工作条件开始变得有点恶劣。越来越多的尘埃颗粒撞击高速探测器,导致等离子体爆炸和碎片云。持续不断的碰撞现在对探测器及其工作能力产生了的影响,但科学家预计这些碰撞不会威胁到这项任务。

据预测,帕克太阳探测器会遇到星际尘埃,而这些尘埃可能会干扰其科学测量。其他航天器,如旅行者号探测器,也遇到了类似的环境,但帕克任务的科学家们没有预料到撞击的数量和严重程度,也没有预料到等离子体爆炸和对探测器造成的损害。

“这些撞击也可能是‘惊喜’,因为撞击爆炸产生的物质云非常密集,我们可以观察到基本的太阳风物理学以其他方式无法实现的方式运行,”科罗拉多大学(University of Colorado)大气与空间物理实验室(Laboratory for Atmospheric and Space Physics)的研究科学家 David Malaspina在一封电子邮件中解释道。“而且到目前为止,撞击还没有大到足以摧毁帕克太阳探测器设计的灰尘撞击屏蔽。”

NASA特别要求进行这项调查:根据来自探测器的新记录数据,回顾灾难性尘埃损害的预测。Malaspina解释说,研究小组调查了最大的尘埃撞击,即“释放最多能量,最严重地干扰航天器测量,并(移动)最多航天器碎片的撞击”。

探测器的磁场传感器和机载摄像机记录下了超高速撞击的证据。这种令人讨厌的灰尘非常小,直径在2到20微米之间,还不到人类头发宽度的四分之一。但问题不在于颗粒的大小,而在于它们撞击宇宙飞船的速度。

帕克太阳探测器是有史以来最快的人造物体,其日心速度(即相对太阳的速度)达到每小时40万英里(64.4万公里/小时)。尘埃粒子以超过每小时7000英里的速度撞击探测器,导致它们汽化,然后在接触时电离(电离发生在原子分离成离子和电子时,导致物质处于一种被称为等离子体的状态)。随之而来的等离子体爆炸持续时间不到千分之一秒,其中最大的等离子体爆炸产生的碎片云会飘离探测器。

研究小组在帕克的电磁环境中检测到这些干扰,但碰撞的证据在其他地方以数据伪影的形式出现;在碰撞过程中,金属碎片和油漆碎片被撞松,这些碎片在探测器的导航和科学相机拍摄的图像中产生了条纹。

据Malaspina说,目前碰撞的总数达到数万次,探测器经历了平均每12秒一次的高速尘埃颗粒撞击的激烈时期。大多数撞击并没有产生碎片和稠密的等离子云,但该团队确实设法确定了大约250个非常高能量的撞击,这些撞击发生在帕克绕太阳运行的前8次轨道上。

不断增加的撞击量是帕克太阳探测器速度的函数。Malaspina把它比作在暴风雨中开车:“你开得越快,雨打在挡风玻璃上的强度就越大。帕克对太阳系内部尘埃密度的测量也显示出了比预期更多的尘埃。”

到目前为止,撞击还没有对探测器造成任何灾难性的损害。帕克的4.5英寸(11.43厘米)厚的碳复合材料防护罩与此有很大关系,因为飞船可以承受接近2500华氏度(1377摄氏度)的外部温度。撞击在设备上打了一个洞,“让阳光到达仪器的敏感探测器,并提高了它们的噪音水平,”Malaspina解释说。但他并不担心。他说,即使考虑到更大的尘埃密度,“对灾难性故障概率的最新预测表明,帕克太阳探测器有很高的概率,但不是100%,能够在所有24个计划轨道上运行。”

在帕克的最后三次轨道运行中,探测器将到达距离太阳表面不到380万英里(612万公里)的地方,届时它的隔热层将真正进行测试。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/1851.html