Текст уведомления здесь

«Жучок» в короне Солнца

К Солнцу отправляется обсерватория «Паркер», которая будет вращаться вокруг звезды на рекордно малой орбите. Зачем?

В августе 2018 года в космос отправится солнечная обсерватория «Паркер». Названный в честь астрофизика Юджина Паркера аппарат приблизится к Солнцу на рекордное расстояние, и это хороший повод поговорить о том, как и зачем человечество пытается подобраться к нашей звезде как можно ближе.
Добавить в закладки
Комментарии

«Паркер» будет обращаться по орбите с перигелием (самой близкой к Солнцу точкой) всего в 6,2 миллиона километров. Это очень близко: Земля удалена на 150, а Меркурий не подходит к звезде ближе, чем на 46 миллионов километров. При этом падающий на аппарат поток солнечных лучей возрастает обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому тепловая нагрузка на «Паркер» увеличится не в 24 раза по сравнению с земной (настолько сократится дистанция), а в 520 раз; во столько же вырастет радиационная нагрузка на электронные компоненты.

Солнечный зонд «Паркер», компьютерная модель. Обратите внимание на сложенные солнечные батареи и черный конус в передней части аппарата — это радиаторы, сбрасывающие избыток тепла за счет излучения в тени от теплозащитного щита. Иллюстрация: NASA / Johns Hopkins APL / Steve Gribben
Солнечный зонд «Паркер», компьютерная модель. Обратите внимание на сложенные солнечные батареи и черный конус в передней части аппарата — это радиаторы, сбрасывающие избыток тепла за счет излучения в тени от теплозащитного щита. Иллюстрация: NASA / Johns Hopkins APL / Steve Gribben

Защищать наиболее важные части «Паркера» будет специальный щит из углепластика, выдерживающий нагрев до 1300 градусов Цельсия. Щит расположен только с одной стороны, поэтому случайный сбой в системе ориентации аппарата приведет к его гибели менее чем за минуту — отсюда жесткие требования к надежности системы автоматического управления, так как времени на коррекцию положения «руками» с Земли просто не будет.

Спасти «Паркера» так, как спасали потерявшие ориентацию в пространстве другие научные аппараты — например, японский зонд «Хаябуса», вернувшийся от астероида Итокава с одним работающим двигателем и барахлящими гироскопами, — не получится. Он сгорит раньше, чем до Земли дойдет информация о проблеме.

Другое инженерное решение для борьбы с перегревом — водяное охлаждение солнечных батарей. Их также разместили под острым углом к потоку солнечных лучей: на таком расстоянии от Солнца они выдадут необходимую мощность даже при очень полого падающем свете.

Солнечная корона, внутрь которой нырнет аппарат, нагрета до миллионов градусов, что явно выше, чем проектные 1300 °C щита «Паркера». Ведущий инженер в ответственной за теплозащиту «Паркера» группе, Бетси Конгдон, поясняет: температура и поток тепла — это разные величины. Корона состоит из разреженной плазмы, поэтому передает аппарату не так много теплоты.

«В духовку, разогретую до 200 градусов Цельсия, можно ненадолго залезть рукой и не обжечься, поскольку воздух разрежен, — говорит Конгдон, — и солнечная корона ведет себя так же».

Инженеры проводят испытания солнечных батарей зонда. Фото: NASA / Johns Hopkins APL / Ed Whitman
Инженеры проводят испытания солнечных батарей зонда. Фото: NASA / Johns Hopkins APL / Ed Whitman

Кроме жестких температурных и радиационных условий новая солнечная миссия NASA примечательна тем, с какой скоростью она будет двигаться. «Паркер» будет разгоняться до 200 км/с — втрое быстрее предыдущего рекордсмена, тоже солнечного зонда, Helios-B. Достигнуть такой скорости планируется как за счет разгонного блока на старте, так и гравитационных маневров: пролетая мимо Венеры, «Паркер» получит дополнительный импульс. Правда, достичь экстремальной точки, с минимальным расстоянием до Солнца и максимальной скоростью, получится не сразу — в NASA предполагают, что аппарат совершит по меньшей мере 26 витков вокруг светила и только 22-й, в декабре 2024 года, будет с самым близким перигелием.

Испытание солнечных батарей нагревом до температуры красного свечения. Фото: NASA / Johns Hopkins APL / Ed Whitman
Испытание солнечных батарей нагревом до температуры красного свечения. Фото: NASA / Johns Hopkins APL / Ed Whitman

Но зачем?

«Паркер» не единственный рукотворный объект, который отправляется к Солнцу. Если оставить в стороне летавший к Меркурию зонд MESSENGER, то в ближайших планах космических агентств можно увидеть и европейский Solar Orbiter. Обсерватории же, специально предназначенные для наблюдения за светилом с чуть более безопасного расстояния, запускались практически с самого начала космических полетов — и не ради утоления сугубо научного любопытства.

Солнце — основной источник энергии на Земле, если не считать геотермальной и ядерной энергии. Активность Солнца, судя по историческим данным, не склонна резко меняться со временем, но случающиеся иногда вспышки и выбросы раскаленной плазмы приводят к заметным возмущениям магнитного поля планеты. Влияние магнитных бурь на здоровье, по всей видимости, заметно преувеличено, однако крупный геомагнитный шторм способен спровоцировать масштабные отключения электричества, не говоря уж о сбоях в работе спутников. Прогнозирование таких событий, пожалуй, самая важная практическая причина для исследования нашей звезды.

Вспышка на Солнце 6 сентября 2017 года, ставшая крупнейшей за 12 лет. Источник: NASA Goddard

На борту «Паркера» установлены приборы для измерения напряженности электромагнитного поля Солнца и определения характеристики частиц, испускаемых звездой. Это позволит ответить на вопросы о взаимодействии солнечной короны с фотосферой, верхним слоем Солнца, понять, как зарождаются и разгоняются частицы солнечного ветра.

Наблюдения за короной изнутри позволят лучше представить конфигурацию магнитных полей, которые играют ключевую роль в физике Солнца, но наблюдать которые со стороны можно лишь по косвенным признакам, таким как движение выбрасываемых звездой протуберанцев, которые движутся вдоль силовых линий магнитного поля.

Солнечный протурберанец крупным планом. Фото: NASA / SDO
Солнечный протурберанец крупным планом. Фото: NASA / SDO

Детальной теории, которая бы полностью описывала процессы в верхних слоях атмосферы Солнца и короне, пока не существует. Поэтому изучение светила продолжается, а недостающие данные приходится добывать как наблюдениями издалека, так и полетами в экстремальных условиях.

Подобраться как можно ближе для того, чтобы добраться как можно дальше

Существует, впрочем, еще один повод лететь как можно ближе к Солнцу — исследование самых удаленных частей Солнечной системы и даже изучение экзопланет. Современные технологии не позволяют добраться до Плутона и транснептуновых объектов быстрее, чем за семь лет, а уж про облако Оорта, далекий источник долгопериодических комет на самой границе нашей звездной системы и говорить нечего — оно настолько далеко, что все еще можно сомневаться в его существовании, а полет к нему растянется на столетие.

Однако именно Солнце могло бы сократить эти сроки в разы, причем без разработки радикально новых технологий. Так, если верить расчетам десятилетней давности, солнечный парус, сделанный из бериллиевой фольги в форме диска диаметром около 1,9 км (это много, но в принципе реалистично), при собственной массе в 150 килограммов и такой же полезной нагрузке мог бы разогнаться до немыслимых по современным меркам 400 км/с, стартовав с отметки 15 млн км от Солнца, что в два раза дальше, чем перигелий «Паркера».

Аппарат IKAROS Японского космического агентства, пожалуй, единственный успешный солнечный парусник. Квадрат с диагональю 20 метров — это еще не двухкилометровый диск, но и первые спутники были заметно меньше МКС. Изображение: Andrzej Mirecki / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0
Аппарат IKAROS Японского космического агентства, пожалуй, единственный успешный солнечный парусник. Квадрат с диагональю 20 метров — это еще не двухкилометровый диск, но и первые спутники были заметно меньше МКС. Изображение: Andrzej Mirecki / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

На такой скорости полет к облаку Оорта, на расстояние в 2500 раз больше радиуса земной орбиты, займет уже не столетия, а всего тридцать лет. Такой зонд можно будет отправить к Девятой планете (если она будет найдена), далеким астероидам и кометам (сколько их всего на задворках нашей планетной системы?), использовать для изучения межзвездного пространства и не только.

Одной из целей подобного аппарата мог бы быть гравитационный фокус Солнца. Солнце, действуя как гигантская линза за счет отклонения света в гравитационном поле, собирает свет в этой точке. И теоретически, разместив в этом месте обсерваторию, мы могли бы наблюдать удаленные объекты вроде экзопланет с фантастической разрешающей способностью.

По некоторым оценкам, даже скромный телескоп в гравитационном фокусе Солнца сможет получить изображение экзопланеты не в виде точки, а разглядеть на ней даже очертания материков (если они там, конечно, есть).

Безусловно, запуск солнечных парусников в облако Оорта, к гравитационному фокусу Солнца или иным удаленным объектам — дело даже не ближайших десяти лет. Но отправляемые сегодня аппараты уже позволяют решить ряд задач вроде создания эффективной теплозащиты и компонентов, способных выдерживать экстремальный нагрев в сочетании с облучением.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Супербомба: история и мифы

65 лет назад Советский Союз взорвал свою первую термоядерную бомбу. Как устроено это оружие, что оно может и чего не может?

12 августа 1953-го в СССР взорвали первую «практичную» термоядерную бомбу. Корреспондент «Чердака» рассказывает об истории ее создания и разбирается, правда ли, что такой боеприпас почти не загрязняет среду, но может уничтожить мир.
Добавить в закладки
Комментарии

Идея термоядерного оружия, где ядра атомов сливаются, а не расщепляются, как в атомной бомбе, появилась не позднее 1941 года. Она пришла в головы физикам Энрико Ферми и Эдварду Теллеру. Примерно в то же время они стали участниками Манхэттенского проекта и помогли создать бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки. Сконструировать термоядерный боеприпас оказалось намного сложнее.

Приблизительно понять, насколько термоядерная бомба сложнее атомной, можно и по тому факту, что работающие АЭС давно обыденность, а работающие и практичные термоядерные электростанции — все еще научная фантастика.

Чтобы атомные ядра сливались друг с другом, их надо нагреть до миллионов градусов. Схему устройства, которое позволило бы это проделать, американцы запатентовали в 1946 году (проект неофициально назывался Super), но вспомнили о ней только спустя три года, когда в СССР успешно испытали ядерную бомбу.

Президент США Гарри Трумэн заявил, что на советский рывок нужно ответить «так называемой водородной, или супербомбой». [ ... ]

Читать полностью

Я твой пластиковый пакет

Какие метаморфозы происходят с пластиком во время его переработки

Одноразовые пакеты, пластиковые бутылки и банки проходят сквозь быт горожанина, практически не задерживаясь в его руках. Но что происходит с ними после «смерти»? Корреспондент «Чердака» разобралась, как может выглядеть путь пластикового пакета к его следующей инкарнации.
Добавить в закладки
Комментарии

Каких-то полчаса назад он был необходим, в его жизни был смысл. И вдруг все закончилось.

Она бросает его… в бак с пакетами и другой пластиковой упаковкой.

Когда-то Мишаня — обычный пластиковый пакет — проживал в овощном отделе супермаркета, хотя с тем же успехом мог обитать в любом другом магазине. Бытие полиэтиленового пакета предсказуемо, скучно и крайне коротко, а вот в небытии он может пролежать десятки лет. Рядом с Мишаней в баке оказалась бутылка из-под шампуня, по соседству — пустые банки из-под йогурта и сметаны, но уже без крышек из фольги — крышки хозяйка выкидывает в отдельный бачок для металлического мусора.

Иллюстрация: Сергей Козлов / Chrdk.

Иллюстрация: Сергей Козлов / Chrdk.

[ ... ]
Читать полностью

За дверями московских технопарков

Корреспондент «Чердака» воспользовалась акцией «День без турникетов» и побывала в нескольких московских технопарках

Традиционная акция «День без турникетов» в Москве, во время которой любой желающий может изнутри посмотреть, как работают предприятия и что изобретают и делают в технопарках столицы, прошла с 19 по 21 июля. «Чердак» за эти дни побывал в нескольких технопарках города.
Добавить в закладки
Комментарии

Детище компании «Электротранспортные технологии», резидента технопарка «Калибр», — трехколесный электрокар SAM — может разгоняться до 100 км/ч и вмещает двух человек. Вообще-то, такие электрокары были спроектированы в Польше еще в 2009 году. Российская модель отличается двигателем — это разработка компании. В будущем производитель намерен довести долю отечественной «начинки» в машине до 80%. Кроме того, электрокар планируют сделать беспилотным. Это позволит машинам самим уезжать на парковку или заправочные станции.

Фото: Алиса Веселкова / Chrdk.

Фото: Алиса Веселкова / Chrdk.

Производитель уверяет, что электрокар не боится морозов и подходит для использования круглый год. Машина оборудована печкой, подогревом лобового стекла и сидений. Ожидается, что к концу года такие машины появятся в столичном каршеринге. А пилотной территорией для электрического каршеринга станет «Сколково».

Для конструкторов-любителей компания создала набор, из которого можно построить свой электрокар или лодку с солнечной панелью. [ ... ]

Читать полностью