2018年7月20日
太陽への旅行：なぜパーカーソーラープローブは溶けませんか？
今夏、NASAのパーカー・ソーラー・プローブは、それ以前のどの任務よりも太陽に近い、太陽に近いところへ移動するために打ち上げられる予定です。地球がヤードスティックの一方の端にあり、太陽が他方の端にあれば、パーカーソーラープローブは太陽表面の4インチ以内にそれを作ります。
パナソー・ソーラー・プローブは、コロナとして知られている太陽の大気の中で、広範囲の粒子、エネルギー、熱をどのようにドライブしているのかを、太陽系と遠くまでネプチューン。
コロナの中には、もちろん、想像もできないほど暑い。宇宙船は、強烈な太陽光で砲撃されている間、華氏100万度以上の温度で物質を通過します。
だから、なぜそれは溶けませんか？
Parker Solar Probeは、ミッションの極限条件や温度変動に耐えるように設計されています。このキーは、カスタムヒートシールドと、太陽の強力な光放出からミッションを保護するのに役立つ自律システムにありますが、コロナ材料が宇宙船に「触れる」ことができます。
Why Won't it Melt? How NASA's Solar Probe will Survive the Sun
NASAのパーカー・ソーラー・プローブが太陽に向かっています。なぜ宇宙船は溶かないのですか？サーマルプロテクションシステムエンジニアBetsy Congdon（Johns Hopkins APL）は、Parkerがなぜ熱を奪うことができるのかを概説します。
クレジット：NASAのゴダード宇宙飛行センター
このビデオをNASAのHDフォーマットでダウンロードするGoddardのScientific Visualization Studio
それが溶けない理由の科学
宇宙船とその機器を安全に保つためには、熱対温度という概念を理解することが重要です。逆に、高温は必ずしも実際に別の物体を加熱すると解釈されるとは限らない。
宇宙では、特定の物体に著しい熱を与えたり熱く感じたりすることなく、温度を数千度にすることができます。どうして？温度はパーティクルの移動速度を測定し、熱は移動するエネルギーの総量を測定します。パーティクルは高速（高温）で動いているかもしれませんが、それらの数が非常に少ない場合、それらは多くのエネルギー（低熱）を伝達しません。宇宙はほとんど空であるため、宇宙船にエネルギーを伝達できる粒子はごくわずかです。
たとえば、Parker Solar Probeが飛行するコロナは非常に高温ですが、密度は非常に低くなります。熱いオーブンに手を入れたり、沸騰した水の鍋に手を入れたりすることの違いを考えてください（家で試してはいけません！） - オーブンでは、あなたの手は水よりもかなり高温に耐えることができますより多くの粒子と相互作用しなければならない。同様に、太陽の可視表面と比較して、コロナは密度が低いので、宇宙船はより少ない熱粒子と相互作用し、多くの熱を受けない。
つまり、Parker Solar Probeは数百万度の温度で移動しますが、太陽に面する熱シールドの表面は華氏約2,500度（約1400度）までしか加熱されません。
それを守る盾
もちろん、華氏数千度はまだまだ暑いです。（比較のため、火山噴火の溶岩は1,300〜2,200 F（700〜1,200°C）のどこでもかまいません。また、その熱に耐えるために、Parker Solar Probeは熱保護システムTPS直径2.4フィート（約115ミリ）、厚さ4.5インチ（約115ミリ）です。シールドの反対側のほんのわずかなスペースで、宇宙船本体は快適な85°F（30°C）に座ります。
TPSは、Johns Hopkins Applied Physics Laboratoryによって設計され、カーボン複合フォームを2枚のカーボン板に挟み込んで、Carbon-Carbon Advanced Technologiesに建設されました。この軽量断熱材には、太陽に面するプレート上の白色セラミック塗料を仕上げて、できるだけ多くの熱を反射させる。TPSは3000フィート（1,650°C）まで耐えることがテストされているため、ほとんどすべての計装を安全に保ちつつ、サンがその道を進むことができます。
Blowtorch vs Heat Shield
Johns HopkinsのBetsy Congdon Applied Physics Labは、NASAのParker Solar Probeが太陽に対して自分自身を守るために使用する、熱シールドのリードサーマルエンジニアです。シールドは非常に丈夫で、コングドンは片側にブロートルを使用でき、もう片方は触れるほどに涼しいままです。
クレジット：NASAのゴダード宇宙飛行センター
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風を測定するカップ
しかし、ソーラーパーカープローブのすべてがTPSの背後にあるわけではありません。
熱シールドを突き抜けたSolar Probe Cupは、熱シールドによって保護されないParker Solar Probeの2つの計測器の1つです。この装置は、太陽風からのイオンと電子のフラックスと流れの角度を測定するように設計されたファラデーカップと呼ばれるものです。太陽光の強さのために、機器が生き残るだけでなく、搭載された電子機器が正確な測定値を返すことができるように、独自の技術を設計しなければならなかった。
APLエンジニアはParker Solar Probeの熱シールドと連携
Parker Solar Probeのヒートシールドは、軽量の4.5インチ厚のカーボンフォームコアをはさみ込んだ2枚の過熱炭素 - 炭素複合材のパネルでできています。できるだけ多くの太陽エネルギーを宇宙船から反射させるために、熱シールドの太陽に面する側にも、特別に配合された白いコーティングが施されています。
クレジット：NASA /ジョンズホプキンスAPL /エド・ホイットマン
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カップ自体は、約4,260F（2,349℃）の融点を有するモリブデンの合金であるチタン - ジルコニウム - モリブデンのシートから作られる。ソーラープローブカップの電場を生成するグリッドは、融点が最も高い融点が6,192 F（3,422 C）のタングステン製です。通常、レーザはこれらのグリッドのグリッドラインをエッチングするために使用されますが、代わりに高融点の酸を使用する必要があります。
もう一つの課題は、電子配線の形で起こりました。ほとんどのケーブルは、太陽に近いところで放熱への曝露から溶けていました。この問題を解決するために、チームはサファイアクリスタルチューブを成長させて配線をサスペンドし、ワイヤをニオブから作製しました。
この装置が過酷な環境のために準備が整ったことを確認するために、研究者はサンの激しい熱放射を実験室で模倣する必要がありました。テストにふさわしいレベルの熱を作り出すために、研究者はパーティクルアクセラレータとIMAXプロジェクタを使用して温度を上げました。プロジェクターは太陽の熱を模倣したのに対し、粒子加速器はカップを放射にさらして、激しい条件下でカップが加速粒子を測定できるようにしました。ソーラー・プローブ・カップが過酷な環境に耐えられることを確実にするために、太陽の熱を10,000個の調整可能なミラーを通して集めるオデイロ・ソーラー・ファーネスを使用して、激しい太陽放射からカップをテストしました。
ソーラープローブカップは、飛行カラーでテストに合格しました。実際、テスト環境にさらされていた時間が長くなれば、パフォーマンスは向上し、結果はより明確になりました。アナーバーのミシガン大学でSWEAP機器の主任研究員であるジャスティン・カスパー（Justin Kasper）は、「放射線によって汚染が除去されたと考えています。"それは基本的にそれ自体をきれいにした。
クールを保つ宇宙船
宇宙船の他のいくつかの設計は、Parker Solar Probeを熱から守っています。保護されなければ、宇宙船に電力を供給するために研究されている星からのエネルギーを使う太陽電池パネルは過熱する可能性があります。太陽へのアプローチのたびに、ソーラーアレイは熱シールドの影の後ろに引っ込んで、太陽の強い光線にさらされた小さなセグメントだけを残します。
しかし、太陽の近くでは、より多くの保護が必要です。ソーラーアレイは、驚くほどシンプルな冷却システムを備えています。発射時に冷却液を凍らせないようにする加熱タンク、冷却液を凍らせないようにする2つのラジエーター、冷却面を最大化するアルミフィン、および冷却液を循環させるポンプ。冷却システムは、平均的な大きさのリビングルームを冷やすのに十分強力であり、太陽の熱の中でソーラーアレイと計測器を冷たく機能させます。
パーカーソーラープローブテスト済み
2018年6月5日火曜日、NASAのケネディ宇宙センター近くのフロリダ州タイタスビルにあるAstrotech処理施設では、技術者と技術者がNASAのParker Solar Probeでライトバーテストを実施しています。宇宙船はフロリダのケープカナベラル空軍基地で宇宙発射複合体37からの連合打ち上げデルタIV重ロケットで打ち上げられる。このミッションは、星がコロナと呼ばれる太陽の大気中を移動する際に、これまでに観測された星の観測を実行します。プローブは、測定とイメージングに依存して、コロナと太陽 - 地球接続の理解に革命を起こします。
クレジット：NASA / Glenn Benson
システムに使用されるクーラントは？約3.7リットルの脱イオン水。多くの化学的クーラントが存在するが、宇宙船がさらされる温度の範囲は50°F（10°C）〜257°F（125°C）の間で変動する。水のような範囲に対応できる液体はごくわずかです。温度の高い方の端で水が沸騰するのを防ぐため、沸点が257°F（125°C）を超えるように加圧されます。
どの宇宙船をも守るもう一つの問題は、どの宇宙船と通信するかを考え出すことです。パーカーソーラープローブは、主にその旅には一人で行きます。地球に到達するまでには8分かかります。つまり、エンジニアが地球から宇宙船を制御しなければならない場合は、何かがうまくいかないときにはそれを修正するのが遅すぎることになります。
だから、この宇宙船は、自律的に安全かつ太陽に追いつくように設計されています。携帯電話の約半分のサイズのセンサが、熱シールドからの影の縁に沿って宇宙船の本体に取り付けられています。これらのセンサのいずれかが太陽光を検出すると、中央コンピュータに警告し、宇宙船はセンサおよび他の機器を安全に保護するためにその位置を修正することができる。これは人間の介入なしにすべて行われなければならないため、中央のコンピュータソフトウェアは、すべての修正を即時に行うことができるようにプログラムされ、広範にテストされています。
太陽を目指して
打ち上げ後、Parker Solar Probeは太陽の位置を検出し、熱防護シールドをそれに合わせて整列させ、太陽の熱を受け入れ、空間の冷たい真空から身を守る次の3ヶ月間の旅を続けます。
計画された任務期間の7年間にわたり、宇宙船は私たちの星の24の軌道を作るでしょう。太陽に近づくにつれて、太陽風をサンプリングし、コロナを研究し、かつてないほど星を観察し、革新的な技術で武装しています。
バナー画像： 太陽を回るパーカーソーラープローブのイラスト。クレジット： NASA / JHUAPL
最終更新日：2018年7月26日
タグ： ゴダード宇宙飛行センター、パーカーソーラープローブ、ソーラーシステム 太陽
太陽への旅行：なぜパーカーソーラープローブは溶けませんか？
今夏、NASAのパーカー・ソーラー・プローブは、それ以前のどの任務よりも太陽に近い、太陽に近いところへ移動するために打ち上げられる予定です。地球がヤードスティックの一方の端にあり、太陽が他方の端にあれば、パーカーソーラープローブは太陽表面の4インチ以内にそれを作ります。
パナソー・ソーラー・プローブは、コロナとして知られている太陽の大気の中で、広範囲の粒子、エネルギー、熱をどのようにドライブしているのかを、太陽系と遠くまでネプチューン。
コロナの中には、もちろん、想像もできないほど暑い。宇宙船は、強烈な太陽光で砲撃されている間、華氏100万度以上の温度で物質を通過します。
だから、なぜそれは溶けませんか？
Parker Solar Probeは、ミッションの極限条件や温度変動に耐えるように設計されています。このキーは、カスタムヒートシールドと、太陽の強力な光放出からミッションを保護するのに役立つ自律システムにありますが、コロナ材料が宇宙船に「触れる」ことができます。
Why Won't it Melt? How NASA's Solar Probe will Survive the Sun
NASAのパーカー・ソーラー・プローブが太陽に向かっています。なぜ宇宙船は溶かないのですか？サーマルプロテクションシステムエンジニアBetsy Congdon（Johns Hopkins APL）は、Parkerがなぜ熱を奪うことができるのかを概説します。
クレジット：NASAのゴダード宇宙飛行センター
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それが溶けない理由の科学
宇宙船とその機器を安全に保つためには、熱対温度という概念を理解することが重要です。逆に、高温は必ずしも実際に別の物体を加熱すると解釈されるとは限らない。
宇宙では、特定の物体に著しい熱を与えたり熱く感じたりすることなく、温度を数千度にすることができます。どうして？温度はパーティクルの移動速度を測定し、熱は移動するエネルギーの総量を測定します。パーティクルは高速（高温）で動いているかもしれませんが、それらの数が非常に少ない場合、それらは多くのエネルギー（低熱）を伝達しません。宇宙はほとんど空であるため、宇宙船にエネルギーを伝達できる粒子はごくわずかです。
たとえば、Parker Solar Probeが飛行するコロナは非常に高温ですが、密度は非常に低くなります。熱いオーブンに手を入れたり、沸騰した水の鍋に手を入れたりすることの違いを考えてください（家で試してはいけません！） - オーブンでは、あなたの手は水よりもかなり高温に耐えることができますより多くの粒子と相互作用しなければならない。同様に、太陽の可視表面と比較して、コロナは密度が低いので、宇宙船はより少ない熱粒子と相互作用し、多くの熱を受けない。
つまり、Parker Solar Probeは数百万度の温度で移動しますが、太陽に面する熱シールドの表面は華氏約2,500度（約1400度）までしか加熱されません。
それを守る盾
もちろん、華氏数千度はまだまだ暑いです。（比較のため、火山噴火の溶岩は1,300〜2,200 F（700〜1,200°C）のどこでもかまいません。また、その熱に耐えるために、Parker Solar Probeは熱保護システムTPS直径2.4フィート（約115ミリ）、厚さ4.5インチ（約115ミリ）です。シールドの反対側のほんのわずかなスペースで、宇宙船本体は快適な85°F（30°C）に座ります。
TPSは、Johns Hopkins Applied Physics Laboratoryによって設計され、カーボン複合フォームを2枚のカーボン板に挟み込んで、Carbon-Carbon Advanced Technologiesに建設されました。この軽量断熱材には、太陽に面するプレート上の白色セラミック塗料を仕上げて、できるだけ多くの熱を反射させる。TPSは3000フィート（1,650°C）まで耐えることがテストされているため、ほとんどすべての計装を安全に保ちつつ、サンがその道を進むことができます。
Blowtorch vs Heat Shield
Johns HopkinsのBetsy Congdon Applied Physics Labは、NASAのParker Solar Probeが太陽に対して自分自身を守るために使用する、熱シールドのリードサーマルエンジニアです。シールドは非常に丈夫で、コングドンは片側にブロートルを使用でき、もう片方は触れるほどに涼しいままです。
クレジット：NASAのゴダード宇宙飛行センター
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風を測定するカップ
しかし、ソーラーパーカープローブのすべてがTPSの背後にあるわけではありません。
熱シールドを突き抜けたSolar Probe Cupは、熱シールドによって保護されないParker Solar Probeの2つの計測器の1つです。この装置は、太陽風からのイオンと電子のフラックスと流れの角度を測定するように設計されたファラデーカップと呼ばれるものです。太陽光の強さのために、機器が生き残るだけでなく、搭載された電子機器が正確な測定値を返すことができるように、独自の技術を設計しなければならなかった。
APLエンジニアはParker Solar Probeの熱シールドと連携
Parker Solar Probeのヒートシールドは、軽量の4.5インチ厚のカーボンフォームコアをはさみ込んだ2枚の過熱炭素 - 炭素複合材のパネルでできています。できるだけ多くの太陽エネルギーを宇宙船から反射させるために、熱シールドの太陽に面する側にも、特別に配合された白いコーティングが施されています。
クレジット：NASA /ジョンズホプキンスAPL /エド・ホイットマン
続きを読む
カップ自体は、約4,260F（2,349℃）の融点を有するモリブデンの合金であるチタン - ジルコニウム - モリブデンのシートから作られる。ソーラープローブカップの電場を生成するグリッドは、融点が最も高い融点が6,192 F（3,422 C）のタングステン製です。通常、レーザはこれらのグリッドのグリッドラインをエッチングするために使用されますが、代わりに高融点の酸を使用する必要があります。
もう一つの課題は、電子配線の形で起こりました。ほとんどのケーブルは、太陽に近いところで放熱への曝露から溶けていました。この問題を解決するために、チームはサファイアクリスタルチューブを成長させて配線をサスペンドし、ワイヤをニオブから作製しました。
この装置が過酷な環境のために準備が整ったことを確認するために、研究者はサンの激しい熱放射を実験室で模倣する必要がありました。テストにふさわしいレベルの熱を作り出すために、研究者はパーティクルアクセラレータとIMAXプロジェクタを使用して温度を上げました。プロジェクターは太陽の熱を模倣したのに対し、粒子加速器はカップを放射にさらして、激しい条件下でカップが加速粒子を測定できるようにしました。ソーラー・プローブ・カップが過酷な環境に耐えられることを確実にするために、太陽の熱を10,000個の調整可能なミラーを通して集めるオデイロ・ソーラー・ファーネスを使用して、激しい太陽放射からカップをテストしました。
ソーラープローブカップは、飛行カラーでテストに合格しました。実際、テスト環境にさらされていた時間が長くなれば、パフォーマンスは向上し、結果はより明確になりました。アナーバーのミシガン大学でSWEAP機器の主任研究員であるジャスティン・カスパー（Justin Kasper）は、「放射線によって汚染が除去されたと考えています。"それは基本的にそれ自体をきれいにした。
クールを保つ宇宙船
宇宙船の他のいくつかの設計は、Parker Solar Probeを熱から守っています。保護されなければ、宇宙船に電力を供給するために研究されている星からのエネルギーを使う太陽電池パネルは過熱する可能性があります。太陽へのアプローチのたびに、ソーラーアレイは熱シールドの影の後ろに引っ込んで、太陽の強い光線にさらされた小さなセグメントだけを残します。
しかし、太陽の近くでは、より多くの保護が必要です。ソーラーアレイは、驚くほどシンプルな冷却システムを備えています。発射時に冷却液を凍らせないようにする加熱タンク、冷却液を凍らせないようにする2つのラジエーター、冷却面を最大化するアルミフィン、および冷却液を循環させるポンプ。冷却システムは、平均的な大きさのリビングルームを冷やすのに十分強力であり、太陽の熱の中でソーラーアレイと計測器を冷たく機能させます。
パーカーソーラープローブテスト済み
2018年6月5日火曜日、NASAのケネディ宇宙センター近くのフロリダ州タイタスビルにあるAstrotech処理施設では、技術者と技術者がNASAのParker Solar Probeでライトバーテストを実施しています。宇宙船はフロリダのケープカナベラル空軍基地で宇宙発射複合体37からの連合打ち上げデルタIV重ロケットで打ち上げられる。このミッションは、星がコロナと呼ばれる太陽の大気中を移動する際に、これまでに観測された星の観測を実行します。プローブは、測定とイメージングに依存して、コロナと太陽 - 地球接続の理解に革命を起こします。
クレジット：NASA / Glenn Benson
システムに使用されるクーラントは？約3.7リットルの脱イオン水。多くの化学的クーラントが存在するが、宇宙船がさらされる温度の範囲は50°F（10°C）〜257°F（125°C）の間で変動する。水のような範囲に対応できる液体はごくわずかです。温度の高い方の端で水が沸騰するのを防ぐため、沸点が257°F（125°C）を超えるように加圧されます。
どの宇宙船をも守るもう一つの問題は、どの宇宙船と通信するかを考え出すことです。パーカーソーラープローブは、主にその旅には一人で行きます。地球に到達するまでには8分かかります。つまり、エンジニアが地球から宇宙船を制御しなければならない場合は、何かがうまくいかないときにはそれを修正するのが遅すぎることになります。
だから、この宇宙船は、自律的に安全かつ太陽に追いつくように設計されています。携帯電話の約半分のサイズのセンサが、熱シールドからの影の縁に沿って宇宙船の本体に取り付けられています。これらのセンサのいずれかが太陽光を検出すると、中央コンピュータに警告し、宇宙船はセンサおよび他の機器を安全に保護するためにその位置を修正することができる。これは人間の介入なしにすべて行われなければならないため、中央のコンピュータソフトウェアは、すべての修正を即時に行うことができるようにプログラムされ、広範にテストされています。
太陽を目指して
打ち上げ後、Parker Solar Probeは太陽の位置を検出し、熱防護シールドをそれに合わせて整列させ、太陽の熱を受け入れ、空間の冷たい真空から身を守る次の3ヶ月間の旅を続けます。
計画された任務期間の7年間にわたり、宇宙船は私たちの星の24の軌道を作るでしょう。太陽に近づくにつれて、太陽風をサンプリングし、コロナを研究し、かつてないほど星を観察し、革新的な技術で武装しています。
バナー画像： 太陽を回るパーカーソーラープローブのイラスト。クレジット： NASA / JHUAPL
最終更新日：2018年7月26日
タグ： ゴダード宇宙飛行センター、パーカーソーラープローブ、ソーラーシステム 太陽
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