10 фактов о новой амбициозной миссии nasa к солнцу

Примечания

1. . Дата обращения: 17 июня 2022.
2. Экваториальный радиус равен 6,955⋅108 м
3. Meghan Bartels 09 August 2018.  (англ.). Space.com. Дата обращения: 16 марта 2020.
4. . www.satnews.com. Дата обращения: 16 марта 2020.
5. . Дата обращения: 13 августа 2018.
6. . www.satnews.com. Дата обращения: 16 марта 2020.
7.  (недоступная ссылка). Дата обращения: 23 мая 2008.
8. . Дата обращения: 16 июня 2019.
9. JHUAPL.  (англ.). parkersolarprobe.jhuapl.edu. Дата обращения: 13 августа 2018.
10. JHUAPL.  (англ.). Parker Solar Probe. Дата обращения: 12 ноября 2019.
11. JHUAPL.  (англ.). parkersolarprobe.jhuapl.edu. Дата обращения: 13 августа 2018.
12. Garner, Rob  (англ.). NASA (29 октября 2018). Дата обращения: 30 октября 2018.
13. Редакция ПМ. . Популярная механика (30 октября 2018). Дата обращения: 30 октября 2018.
14. Редакция ПМ. . Популярная механика (9 ноября 2018). Дата обращения: 9 ноября 2018.

курс

Первый пролет Венеры состоялся 3 октября 2018 года. Через три месяца после взлета она достигла первого перигелия на расстоянии 35 солнечных радиусов от центра Солнца. Связь с зондом невозможна во время перигелия; данные, собранные за это время, могут быть повторно отправлены только на большее расстояние от солнца. При дальнейших маневрах на Венере, Parker Solar Probe передает дополнительную орбитальную энергию Венере, а это означает, что перигелий всегда находится ближе к поверхности Солнца. После седьмого пролета зонд Parker Solar Probe приближается к поверхности Солнца на расстояние до 8,5 радиуса Солнца (около 5,9 млн км) в перигелии. При этом гелиоцентрическая скорость зонда достигает 200 км / с. Эта последняя орбита имеет афелий 0,73 а. Е. С наклоном 3,4 ° к эклиптике и периодом обращения 88 дней. Продолжительность полета установлена ​​на 24 витках вокруг Солнца и до 2025 года, то есть около семи земных лет.

3 октября 2018 г., 08:44 UTC: Первый пролет Венеры, уже при первом пересечении орбиты Венеры, ближайшей к Земле планеты. При этом зонд был заторможен и вышел на эксцентрическую орбиту ближе к Солнцу.

Ноябрь 2018: Первый перигелий (ближайшая к Солнцу точка) после завершения первого полуэллипса на 35,7 радиуса Солнца R S на расстоянии около 0,16 а.е. Здесь из-за притяжения Солнца зонд достиг максимальной орбитальной скорости своего первого витка.

1 сентября 2019 г., около 05:50 UTC: третий перигелий примерно на том же расстоянии, что и первый.

Согласно графику орбиты JHU-APL, диаметр большого эллипса орбиты первоначально все еще составляет примерно 85% от того же размера, что и почти круговая орбита Венеры. Согласно третьему закону Кеплера, орбитальное время зонда меньше, чем у Венеры, но также и более низкая средняя скорость.

В ходе следующих шести пролетов Венеры эллипс орбиты зонда должен стать меньше (примерно до 50% диаметра орбиты Венеры) и более эксцентричным. Aphel вовлекся извне в область сети Венеры, Perihel, чтобы еще больше приблизиться к Солнцу и достичь
первого минимума на 8,86 R _S.

На последних трех орбитах с орбитальным временем 88 дней солнечный зонд должен приблизиться к Солнцу в пределах 9 R _S , что соответствует 6,16 миллиона километров и примерно на одну седьмую минимального расстояния предыдущего рекордсмена Гелиоса. Тогда текущая скорость должна быть около 690 000 км / ч или 190 км / с в точке, наиболее близкой к Солнцу (перигелий).

Во благо Земли

Parker — не единственный аппарат для изучения Солнца. С самого начала космической эры наблюдать за звездой с гораздо более безопасного расстояния направлялись различные спутники. На октябрь 2018 года запланирован запуск разработанного Европейским космическим агентством спутника Solar Orbiter, который будет исследовать полярные области светила, находясь на орбите Меркурия.   

«На сегодня аппараты, которые максимально приближались к Солнцу, были отправлены для изучения Меркурия. Однако они находились в нескольких десятках миллионов километров от звезды и не могли её полноценно исследовать. Parker должен прикоснуться к верхней части атмосферы Солнца и изучить процессы, которые там развиваются», — сообщил Егоров.

• Запуск Parker solar probe
• AFP

Собеседник RT подчеркнул необходимость начавшегося исследования для развития науки

По словам Егорова, важно узнать о причине экстремально высокой температуры верхних слоёв солнечной короны, которая значительно превышает температуру ядра светила. Имеет принципиальное значение и траектория полёта аппарата

Parker будет направлен в регионы формирования ударных волн солнечного ветра, долетающих до Земли. 

Также по теме

«Всё это очень туманно»: NASA планирует первую межзвёздную экспедицию для поиска внеземной жизни

NASA будет искать обитаемые планеты за пределами Солнечной системы. В 2069 году, к 100-летию высадки человека на Луну, американцы…

«Ударные волны способны повредить системы телекоммуникаций, а также влиять на здоровье жителей нашей планеты. Понимая, как они формируются, можно предсказывать эти процессы и противодействовать им, если они представляют опасность для Земли», — заявил Егоров.    

Эксперты отметили, что Россия также участвует в передовых космических программах — например, в проекте BepiColombo по изучению Меркурия. К 2025 году российские приборы на европейском космическом аппарате смогут приблизиться максимально близко к Солнцу в районе Меркурия.

«В России планируется запустить аппарат для исследования Солнца в рамках проекта «Интергелиозонд», который из-за нехватки средств был на несколько лет заморожен. Сейчас программа прошла стадию эскизного проекта. По планам Федеральной космической программы, аппаратура должна быть готова к 2025 году. В случае успеха программы нам удастся определить природу самых мощных проявлений солнечной активности», — заключил Кузин.

Научные задачи

• Определение структуры и динамики магнитных полей в источниках солнечного ветра.
• Выявление уровня энергии, испускаемой короной Солнца, и ускорения солнечного ветра.
• Определение того, какие механизмы ускоряют и переносят энергетические частицы.
• Изучение частиц плазмы около Солнца и их воздействие на солнечный ветер и образование энергетических частиц.
• Изучение солнечных волн Алфвена.

Исследования

Для достижения поставленных научных задач, будут проведены пять основных экспериментов исследований:

• Электромагнитные поля — в ходе исследования будут получены результаты измерений электрических и магнитных полей, радиоволн, вектора Пойнтинга, плазмы, и температуры электронов. Включает в себя , флюксметр, и 5 датчиков напряжения. Главный исследователь — Стюарт Бэйл из Калифорнийского Университета.
• Комплексное научное исследование Солнца — исследование электронов, протонов и тяжёлых ионов. Инструментарий включает в себя EPI-Hi и EPI-Lo. Главный исследователь — Дэвид МакКомас из Принстонского университета.
• Широкоугольный приёмник изображения — этот оптический телескоп будет получать изображения короны и гелиосферы. Главный исследователь — Рассел Ховард из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США.
• Альфа-частицы, электроны и протоны солнечного ветра — это исследование подсчитает электроны, протоны и ионы гелия и измерит их свойства, такие как скорость, плотность, температура. Основные инструменты: два электростатических анализатора и Цилиндр Фарадея. Главный исследователь — Джастин Каспер из Мичиганского университета и Смитсоновской астрофизической обсерватории.
• Происхождение гелиосферы — теоретическое и моделированное изучение для максимального результата миссии. Главный исследователь — Марко Вэлли из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе ЛРД.

Результаты

12 ноября 2019 года команда NASA, контролирующая аппарат, опубликовала первые научные данные. Опубликованные данные содержат измерения, сделанные во время первых двух пролётов рядом с Солнцем, с 31 октября по 12 ноября 2018 года и с 30 марта по 19 апреля 2019 года, когда космический аппарат находился в пределах 0,25 а.е. от Солнца.

5 июля 2020 года во время третьего пролёта мимо Венеры прибор WISPR зонда «Паркер» выявил в ионном хвосте кометы C/2020 F3 (NEOWISE) вторую компоненту — натриевый ионный хвост. Также во время этого пролёта прибор WISPR, представляющий собой пару телескопов с цифровыми матрицами, сделал снимок Венеры, на котором сквозь облака видна Земля Афродиты, а по самому краю диска Венеры виден яркий светящийся обод.

Через тернии к Солнцу

«Коснуться Солнца» — так звучит девиз амбициозной миссии NASA, в ходе которой Parker Solar Probe предстоит к декабрю 2024 года приблизиться к звезде на рекордно близкое расстояние. Тогда аппарат окажется в самых жёстких температурных и радиационных условиях.

Также по теме

Туманное будущее: какая судьба ждёт наше Солнце

Учёные из Манчестерского университета смоделировали сценарий эволюции Солнца. По расчётам исследователей, через 4—4,5 млрд лет светило…

Однако с первыми трудностями Parker столкнулся уже менее чем через час после запуска — в течение 38 минут связь с зондом была потеряна. Вскоре коммуникацию удалось наладить. Тем не менее специалисты уверены, что препятствия на пути к светилу будут поджидать Parker «на каждом шагу». 

Одну из главных проблем для аппарата представляют высокие температуры разреженной плазмы в солнечной короне, доходящие до 1300 °C. От перегрева зонд защищает специальный экран из углеродного композитного материала. 

«У зонда есть особый щит, который противостоит нагреву Солнца. Также у аппарата есть специальная орбита, которая позволяет на краткое время приближаться к Солнцу, а затем отлетать, остывать и обрабатывать набранную информацию

Очень важно, чтобы он всегда был развернут щитом к Солнцу, поскольку малейшее отклонение грозит серьёзными повреждениями. Здесь многое зависит от точности изготовления аппарата и управления им», — сообщил в интервью RT популяризатор космонавтики Виталий Егоров

Заведующий лабораторией «Рентгеновская астрономия Солнца» физического института им. П.Н. Лебедева РАН Сергей Кузин подчеркнул, что основная проблема миссии NASA лежит в технологической плоскости.

• Рисунок летящего к Солнцу Parker solar probe
• NASA

Также эксперт обозначил проблемы, связанные с передачей информации на Землю.

«Parker является спутником Солнца, его орбита не синхронизована с земной. Поскольку аппарат не может постоянно находиться вблизи Солнца, ему необходимо хранить в своём бортовом компьютере большой объём информации и по мере возможности её передавать», — пояснил Кузин.

План полёта

Траектория пролёта мимо Венеры

Сегодня 1465 день из 2686 дней полёта до первого близкого приближения к Солнцу (Перигелий №22).Перигелий №22 ожидается через 3 года 4 месяца 3 дня. Из всего пути: 54,5% завершено

После первого пролёта Венеры зонд выйдет на эллиптическую орбиту с периодом 150 дней (2/3 от периода Венеры), делая 3 оборота, когда Венера делает 2. После второго пролёта период уменьшается до 130 дней. Менее чем через 2 оборота (198 дней), КА встретится с Венерой в третий раз. Это сократит период до половины венерианского, или около 112,5 дней. На четвёртую встречу период будет составлять 102 дня. Через 237 дней зонд встретит Венеру в пятый раз, и период сократится до 96 дней, 3/7 от венерианского. КА делает 7 оборотов, когда Венера делает только 3. Шестая встреча, почти через два года после предыдущей, сократит период до 92 дней (2/5 от венерианского). После ещё пяти оборотов, зонд встретится с Венерой в седьмой и последний раз, уменьшая период до 88—89 дней, позволив подойти ближе к Солнцу. Тогда, в перигелии скорость аппарата составит около 700 000 км/ч или 194 км/с.

29 октября 2018 года НАСА сообщило, что зонд Паркер подошёл к Солнцу на рекордное расстояние и побил достижение, установленное аппаратом «Гелиос 2  (англ.) (рус.» в 1976 году. Помимо этого, Паркер развил и рекордную скорость относительно Солнца. Ранее эти рекорды составляли 42,73 млн км и 246 960 км/ч соответственно.

5 ноября 2018 года зонд достиг перигелия, где расстояние до Солнца составило 15 млн км, а рекордная скорость — более 343 000 км/ч (более 95 км/с).

29 апреля 2021 года зонд Parker Solar Probe прошёл восьмой перигелий, приблизившись к Солнцу рекордно близко — на расстояние 10,4 млн км (0,07 а.е.) от солнечной поверхности. Гелиоцентрическая скорость зонда превысила 532 тыс. км/ч (147 км/c). К концу 2024 года зонд должен выйти на орбиту с перигелием 6,2 млн км от солнечной поверхности. Теплозащитный экран зонда будет разогреваться в перигелии до 1370 °C, то есть примерно в три раза больше, чем температура на освещённой Солнцем стороне Меркурия.

Год	События
Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
2018		12 августаЗапуск	28 сентябряПервый пролёт у Венеры(период 150 дней)	6 ноябряПеригелий #1
2019		31 мартаПеригелий #2		28 августаПеригелий #3		21 декабряВторой пролёт у Венеры(период 130 дней)
2020	24 январяПеригелий #4		2 июняПеригелий #5		22 сентябряПеригелий #6
	6 июляТретий пролёт у Венеры(период 112,5 дней)
2021	13 январяПеригелий #7		24 апреляПеригелий #8		5 августаПеригелий #9		16 ноябряПеригелий #10
	16 февраляЧетвёртый пролёт у Венеры(период 102 дня)		11 октябряПятый пролёт у Венеры(период 96 дней)
2022		21 февраляПеригелий #11		28 маяПеригелий #12		1 сентябряПеригелий #13		6 декабряПеригелий #14
2023		13 мартаПеригелий #15		17 июняПеригелий #16		23 сентябряПеригелий #17		24 декабряПеригелий #18
	16 августаШестой пролёт у Венеры(период 92 дня)
2024		25 мартаПеригелий #19		25 июняПеригелий #20		25 сентябряПеригелий #21		19 декабряПеригелий #22Первое близкое приближение к Солнцу
	2 ноябряСедьмой пролёт у Венеры(период 88 дней)
2025		18 мартаПеригелий #23		14 июняПеригелий #24		10 сентябряПеригелий #25		7 декабряПеригелий #26

График скорости и расстояния от Солнца зонда от запуска до 2026 года. Обозначения: ①-㉔: Перигелий; ➊—➐: Пролёт мимо Венеры

предыстория

Конструкция солнечного зонда Parker

Световые испытания в Astrotech Corporation

Тепловое испытание солнечных элементов в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд

Идея космического зонда, предназначенного для изучения Солнца с очень близкого расстояния, была впервые упомянута в октябре 1958 года в исследовании Национальной академии наук США . Поскольку в то время высокие температуры в такой близости от Солнца были недопустимыми, исследования проводились только на протяжении десятилетий. Первые миссии состоялись в 1970-х годах с зондами Helios 1 и 2 , которые были совместным проектом Немецкого аэрокосмического центра и НАСА.

Расположение инструментов на зонде

Тепловой экран

Для защиты от Солнца нужен надежный тепловой экран.

Тепловой экран зонда не менее впечатляет, чем его максимальная скорость. Размер расположенного в фронтальной части аппарата солнечного щита составляет 2,4 метра в диаметре. Он предназначен для отражения экстремального тепла от научного оборудования зонда. Толщина экрана составляет 11,5 сантиметра. Он состоит из углеродной композитной пены, зажатой между двумя углеродными пластинами. Фронтальная пластина, обращенная в сторону Солнца, покрыта специальной белой керамической краской, которая позволяет отражать тепло максимально эффективно. Используемые материалы позволили сделать щит довольно легким. Его вес составляет всего 73 килограмма.

В космосе температура может быть тысячи градусов, но конкретный объект не будет нагреваться, поскольку температура определяется скоростью движения частиц, тогда как тепло измеряется общим количеством энергии, которую они переносят. Частицы могут двигаться быстро (высокая температура), но если их будет немного, то и энергии будет немного (мало тепла). В космосе мало частиц, поэтому немногие из них способны передать энергию аппарату.

Изменение дизайна

Изображение художника о приближении солнечного зонда Parker к солнцу. Вы можете увидеть тепловой экран, отличные антенны и частично развернутые крылья солнечных батарей.

НАСА заказало второе исследование зонда без РИТЭГов в Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джона Хопкинса (JHU), которая уже планировала оригинальный солнечный зонд. В 2009 году JHU-APL опубликовал значительно измененную конструкцию Parker Solar Probe с шестиугольным солнцезащитным экраном с закругленными углами, который шире с двух сторон, к которым прикреплены крылья солнечного элемента, чем с другой. Стартовая масса станции 685 кг. Конструктивно зонд представляет собой шестигранную призму, на одном (более широком) конце которой установлен теплозащитный экран. Все системы, за исключением нескольких антенн, монтируются за этим экраном или могут складываться за ним. Весь зонд достигает высоты 3 м, наибольшего диаметра 2,3 м и наименьшего диаметра 1 м на переходнике к держателю.

Щит от солнца

Спиральный подход к Солнцу и короткая конечная орбита позволят Parker Solar Probe приблизиться к Солнцу 24 раза, а не вдвое, как планировалось для оригинального Solar Probe . Из-за большего минимального расстояния от Солнца по сравнению с солнечным зондом тепловое излучение составляет лишь одну шестнадцатую от значения, которое было бы достигнуто с помощью солнечного зонда  . Это означает, что для солнечного зонда Parker Solar Probe достаточно пластинчатого солнцезащитного козырька диаметром 2,7 м и толщиной 17 см, сторона, обращенная к солнцу, должна выдерживать около 1430 ° C. Тепловой защитный экран должен выдерживать тепловой поток почти 1 МВт / м², солнечное излучение примерно в 650 раз интенсивнее, чем на расстоянии от земли.

источник питания

Лопасти солнечных элементов теперь являются только одной деталью, а вторичные крылья солнечных элементов исчезли. Теперь ваши солнечные элементы, по-видимому, находятся на конце складных крыльев солнечных элементов на узкой наклонной поверхности, которая после откидывания назад большей части двух крыльев солнечных элементов в тени солнцезащитного щита указывает на солнце. Солнечные элементы могут генерировать 388 Вт электроэнергии.

Корпус зонда всегда находится в тени солнцезащитного козырька. Parker Solar Probe предлагает две разные системы солнечных батарей для электропитания . Первичные солнечные элементы расположены на двух крыльях солнечных элементов, состоящих из двух частей, расположенных на противоположных сторонах, которые поворачиваются назад на 75 ° при приближении к солнцу, чтобы поддерживать их температуру ниже 180 ° C. Если расстояние от Солнца опускается ниже 0,25  а.е. , их можно убрать полностью, как на старте. Затем две вторичные высокотемпературные поверхности солнечных элементов, которые выглядывают из-за защиты от солнца с противоположных сторон, берут на себя питание. Они имеют жидкостное охлаждение сзади и втягиваются дальше по мере приближения к солнцу.

коммуникация

Данные передаются в K _в группе с 34 Вт мощности передачи и параболическим антенной 0,6 м в диаметре в конце раскладной мачты. Если расстояние от солнца опускается ниже 0,59 а.е., антенна загибается обратно в тень солнцезащитного экрана. Следовательно, все результаты измерений пролета ближайшего солнца должны быть сохранены на борту, прежде чем антенну можно будет снова выдвинуть, чтобы передать их на Землю. Кроме того, у Parker есть солнечный образец еще X-band -Rundstrahlantennen для передачи телеметрии и приема управляющих сигналов, которые постоянно остаются в тени солнцезащитного экрана.