https://frosthead.com

Bak kulissene med romfartøyet som vil sveve gjennom solens atmosfære


Oppdatering, 11. august 2018, 08.00: NASA har forsinket lanseringen av Parker Solar Probe til morgenen søndag 12. august, med et nytt lanseringsvindu som begynner klokken 3:31 EDT. Sonden var opprinnelig planlagt lansert før soloppgang på lørdag, men på grunn av en feil som involverte et heliumtrykk-anomali med romfartøyets Delta IV Heavy-rakett, ble forsøket skrubbet minutter før planlagt løfting. Den siste sonden kan begynne reisen sin i 2018 vil være 23. august, ettersom den er avhengig av at fluer fra Venus når solen. Ellers lanseres sonden neste mai.

Parker Solar Probe, som skal lanseres 11. august, vil være menneskets første noensinne kontakt med vår nærmeste stjerne.

Tidligere romfartøyer har beundret solen langveisfra, da stjernens skjærende temperaturer har forhindret en grundig undersøkelse av overflaten. Nå, utstyrt med et topp moderne termisk beskyttelsessystem - inkludert det som kan være verdens mest teknologisk avanserte solskjerm - er Parker Solar Probe beregnet for å gjøre historie.

Sondens syv-årige oppdrag har flere mål. Først vil sonden samle mer informasjon om solvind - strømmer av plasma og partikler som sendes ut fra soloverflaten. Disse vindene akselererer til hastigheter på omtrent 250 mil i sekundet når de blir kjørt bort fra stjernen. Når de er i verdensrommet, reiser de hundrevis av millioner av miles, og spytter forbi Jorden i en konstant strøm. Den eneste grunnen til at vi ikke føler buffingen er Jordens magnetfelt, som avleder vindene som en kampestein i en forbrytende elv. Men hvordan vindene til slutt bryter vekk fra solens gravitasjonstrekk forblir mystisk.

Denne spesielle undersøkelseslinjen treffer hjem for lenge beundrere av vår nærmeste stjerne. Solvind ble først beskrevet på slutten av 1950-tallet av sondens navnebror, fysiker Eugene Parker; Nå, i en alder av 91, kan det hende at Parker ennå hører svarene på hans 60-pluss år med vitenskapelig undersøkelse.

For det andre vil sonden være den første som tar kontakt med solens korona - den kaotiske, virvlende ytre atmosfæren som er synlig for det blotte øye under en solformørkelse. Av en eller annen grunn er koronaen en glorie varmere enn hodet den omgir, og flammer ved temperaturer opp til 2 millioner grader Fahrenheit - et par størrelsesordrer over solens (ofte flyktige) overflatetemperatur på omtrent 10.000 grader Fahrenheit (som skal være rettferdig, er fortsatt ingen tur i parken). Det er så motsatt som det høres ut - som å rive hånden vekk fra et flimrende stearinlys bare for å føle et enda mer brennende brannsår.

For det tredje vil sonden undersøke akselerasjonen av partikler med høy energi bort fra soloverflaten. Den raskeste av disse partiklene etterlater solvindene i støvet, og gliser over med hastigheter over 100 000 miles per sekund (noen ganger i nærheten av lysets hastighet). Faktisk er disse partiklene ofte assosiert med hendelser som solfakkel (blendende lyspunkter av energi som eksploderer fra solens overflate) eller utsprøyting av koronal masse (brennende belter med plasma som spyr av solen), som begge kan skade satellitter og til og med forårsake strømbrudd på jorden. Forskere håper sondens satsinger vil informere hvordan den flyktige koronaen klarer å bøye både solvind og disse høyeenergipartikler ut i verdensrommet.

"Vi har ventet 60 år på dette oppdraget, " sier Nicola Fox, prosjektforsker fra Parker Solar Probe. "Det er å svare på spørsmål som har plaget forskere siden vi oppdaget at koronaen var overopphetet. Det er en sann oppdagelsesreise. ”

Fotograf Michael Soluri hadde en eksklusiv mulighet bak kulissene å se forskerne i aksjon. "Jeg ser etter de visuelle aspektene på en unik måte som hjelper til å overskride stereotypen av hva en forsker 'skal være', " sier han. “Folk duevennforskere. Jeg vil bryte den barrieren. ”(© michael soluri / michaelsoluri.com) Fra venstre til høyre: tekniker Tony Ahan, mekaniske ingeniører Kelles Gordge og Daniel Eby, varmeskjolds lederingeniør Betsy Congdon, og systemsikkerhetsingeniør Chip Delmar. (© michael soluri / michaelsoluri.com) En av sondens fraktcontainere. Varmeskjoldet er faktisk brannfarlig - men bare i nærvær av oksygen, som er knapp i solens korona. Her på jorden må det imidlertid tas forholdsregler. (© michael soluri / michaelsoluri.com) "Jeg ønsket å se menneskeheten bak romutforskning, " sier Soluri. “Deres følelse av presisjon er ekstraordinær. Det viser at det er håndverk involvert, og det er ikke rutinemessig. ”(© michael soluri / michaelsoluri.com) Maskiningeniør Jim Hucheson holder en sensorkile fra Parker Solar Sobes instrument for energi-partikkelinstrument-lav energi (EPI-Lo), som vil måle lavenergipartikler som strømmer fra solen, i forhold til solvind. Tilføyer Soluri, "Disse menneskene gjør ekstraordinært arbeid med ekstraordinære materialer og jobber som et team for å utforske universet." (© michael soluri / michaelsoluri.com) Parker Solar Probes antenne med høy forsterkning, dekket av en radom for å beskytte den mot forurensning og / eller skade under bakkeforedling. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Forskerne bak sondens konstruksjon omtaler kjærlig den som en "åtte fot frisbee." Parker Solar Probe, som var 4, 5 centimeter tykk og 160 pund, ville være et heftig stykke for selv de mest erfarne frisbyspillerne. (© michael soluri / michaelsoluri.com) Annette Dolbow, en tidligere lærer på barneskolen, befant seg begeistret for elektronikk midtveis i karrieren - og bestemte seg for å endre kurs. I løpet av de siste 21 årene har hun vært en del av byggingen av 13 NASA-satellitter - men Parker Solar Probe er hennes første som integrasjons- og testleder. "Det er et av de vanskeligste oppdragene jeg noen gang har vært en del av, " sier Dolbow. "Men det er definitivt en enorm kulminasjon av min karriere." (© michael soluri / michaelsoluri.com) Congdon, ledende ingeniør for Parker Solar Probes varmeskjold, hjalp til med å designe den 160 pund, 4, 5-tommers tykke karbonkompositt som vil beskytte sondens instrumenter fra solens brennende varme. Legger Soluri til, "En del av min reise er å humanisere menneskene som gjør vitenskapen og avsløre dem som mennesker i en unik verden." (© michael soluri / michaelsoluri.com)

Selv om sonden må lukke spalten mellom Jorden og solen på 93 millioner kilometer, vil banen ikke være direkte. Romfartøy som ble lansert fra Jorden starter med samme fremdrift som planeten selv, slik at sonden ikke kan ta seg rett inn i infernoet. I stedet vil sonden tilbringe de neste syv årene i en langsom vals med å stramme ellipser rundt solen, og begrense gapet mellom seg selv og dens brennende dansepartner med hvert år som går. For å være på kurs, vil Parker Solar Probe tidvis haike sammen med Venus i et romfartøy-planet sashay som Betsy Congdon, lederingeniør for Parker Solar Probes varmeskjold, sammenligner med en "håndbremsevending." kan sonden stabilisere og omdirigere banen.

Sondens reise vil kulminere i en endelig tilnærming til stjernen i slutten av 2024, hvor den vil komme innen 3, 83 millioner miles fra solens overflate. Selv om dette fremdeles kan høres fjernt, er dette syv ganger nærmere enn noe romfartøy noen sinne har vært for solen - og lukker omtrent 96 prosent av avstanden mellom Jorden og stjernen. Dessuten vil dette plante romfartøyet godt innenfor den brennende koronaen.

Det er der varmeskjoldet kommer inn. Utformingene har vært nesten et tiår i produksjonen, og vil være alt som står mellom sonden og de gryende farene på den banebrytende reisen. Men oppgaven har vært litt mer skremmende enn å plukke en solhatt på romfartøyet på 1400 pund.

På bare 4, 5 inches tykk, har varmeskjoldet en squishy karbon-skum kjerne som faktisk er 97 prosent hul - noe som gjør strukturen til noe av en luftsandwich. Fortsatt klokker lagets kjærlige kallenavn “åtte fot Frisbee” på 160 pund. På hver side er to paneler laget av en karbonkompositt som faktisk blir mer solide når de varmes opp. I tillegg er den solvendte siden belagt i en spesialisert hvitmaling som avleder det meste av solvarmen og beskytter de skjøre instrumentene nedenfor. Malingen er egentlig den mest kraftige solkremen som noensinne er oppfunnet - og det er viktig at det ikke går glipp av et sted.

Ved sondens nærmeste tilnærming vil toppen av skjoldet bake på omtrent 2500 grader Fahrenheit - over syv ganger temperaturen som kreves for å steke en høsttakkefest-kalkun - men likevel overraskende kaldt med tanke på omgivelsene. Uoverensstemmelsen har å gjøre med diffusen av partikler i coronas atmosfære: Størstedelen av varmen som sonden vil oppleve, kommer faktisk fra solens (relativt kule) overflate, og småkoker noen millioner miles unna. "Hvis du stikker hånden i en ovn, vil den ikke brenne, " forklarer Congdon. "Det er bare når du berører overflaten."

Når den tåler disse myldrende temperaturene, vil den "gigantiske frisbee" holde resten av sonden like kjølig som en (lunken agurk). Baksiden av skjoldet vil holde seg på 600 grader Fahrenheit, og instrumentene som er tilslørt i sondens buss vil forbli rundt 85 grader Fahrenheit. For å sikre at den følsomme elektronikken forblir i skygge, må varmeskjoldet alltid vende mot solen. Én feil kan avslutte det etterlengtede oppdraget i løpet av sekunder.

Men teamet har tatt forholdsregler ved forsiktighet for å utelukke denne muligheten. Syv spesialiserte sensorer (noen ganger referert til som “solcellelemmesensorer”) omgir romskipet, og prøver kontinuerlig ut sondeens eksponering for lys. Hvis romskipet vippes inn i en prekær stilling, vil sensorene utløse en beskyttende respons for å raskt rette sondens vinkel. Sonden kommer også med et flytende kjølesystem som pakker i fem liter vann under trykk som kan sildre langs små årer langs maskineriet for å opprettholde en brukbar omgivelsestemperatur. Lagets omhyggelige prosjektering har blitt vevd inn i hver rom og krone av romskipet. "Hun passer i utgangspunktet på seg selv, " sier Fox.

Som det "mest autonome romfartøyet" som noensinne er blitt bygget, trenger sonden å sette inn mye maskineri i en relativt liten pakke, sier Annette Dolbow, Parker Solar Probes integrasjons- og testledning (sonden er omtrent på størrelse med en liten bil). Når romfartøyet har blitt lansert, vil det i hovedsak kutte alle bånd med sine vaktmestere på jorden - noe som betyr at det er opp til denne plubbige sonden som skal klare seg selv de neste syv årene. Siden oktober 2012 har Dolbow kjørt kjærlig over sonden som en engstelig forelder for å sikre den trygge passasjen.

Dr. Nicola Fox © soluri_IS4A0085.jpg Ifølge fotograf Michael Soluri hadde prosjektforsker Nicola Fox en hånd i å navngi Parker Solar Probe etter at fysikeren Eugene Parker, 91 år gammel, og knuste en mangeårig NASA-regel mot å navngi romfartøy etter levende personer. (© michael soluri / michaelsoluri.com)

Selvfølgelig er det mer enn sonden enn futuristisk solkrem: Det har noen seriøs virksomhet å ivareta. Ved siden av sine beskyttelsesregler, vil romskipet sportsinstrumenter som Solar Probe Cup, designet for å hente opp de høye energipartiklene som strømmer fra solens overflate, og et sett med teleskoper for å knipse solfylte bilder av severdighetene.

Og sonden planlegger absolutt ikke å kaste bort den mengden solkraft den vil være interessert i på sine reiser: Tross alt vil den se mye sol. Når det fremdeles er langt fra stjernen, vil sonden støpe solcellepanelene sine brede og suge inn stjernens energiske stråler for å drive instrumentene. Men når det nærmer seg, vil panelene stikke innover som en sovende fuglevinge, og redusere lysmengden drastisk. Ved nærmeste tilnærming vil solens kraft være 475 ganger hva en satellitt som går i bane rundt Jorden vil oppleve - dette er, som Fox uttrykker det, "et pokker med mye kraft" som kan overvelde systemets følsomme elektronikk.

Congdon, Dolbow og Fox er alle fast på at sonden ikke kunne ha kommet sammen uten den enorme samarbeidsinnsatsen fra NASA og Johns Hopkins Applied Physics Laboratory sine forskere, teknikere og koordinatorer. Teamet og deres samarbeidspartnere har oversatt flere tiår med planlegging fra menneskelige sinn til ark og PowerPoint-lysbilder - nå fullstendig realisert i en håndgripelig bragd av aldri før sett mekanikk.

Dolbows gruppe spesielt har viet et svimlende antall timer til sondens konstruksjon: "De fleste prosjekter kan få 300 til 500 timer på maskinvaren, " forklarer Dolbow. ”Våre hadde nesten 5000 timer på alle våre delsystemer ... men [teamet] smiler fortsatt. De er så stolte av det de har gjort. ”

Etter sondens lansering, spøker Dolbow at hun kanskje legger merke til det tomme reiret sitt: “Etter at det er over, vil det være en periode som jeg ikke gleder meg til… når vi alle drar av gårde og gjør separate ting igjen. Men det vil være kjempebra at romskipet er i verdensrommet, der det hører hjemme. Jeg kommer meg. "

Som vår nærmeste stjerne er solen vår beste fullmektig for å forstå disse himmellegemene som en helhet. Dessuten har sola blitt en ganske kritisk del av vår eksistens her på jorden - men ingen stjerne er bygget for å vare evig. Å skaffe seg en klarere forståelse av solens helse og temperament vil ikke bare tjene fremtiden for romutforskning, men også livets natur på vår egen planet.

"Dette oppdraget er litt av alt, " sier Fox. "Det er historisk, det gjør grunnleggende fysikk - men det gir også en fordel for livet og samfunnet som helhet."

Med lanseringen bare noen dager unna, undrer Dolbow at år med hardt arbeid endelig har gått sammen. "Her er vi i mesterskapsspillet, og vi er i ferd med å krysse inn i endesonen, " sier hun. "Det har blitt en slik familie."

Proben vil avvike fra Cape Canaveral flyvåpenstasjon i Florida denne lørdagen, med et utskytningsvindu som starter klokken 03.33 EDT. Overspenningen til atmosfæren vil belyse fortsatt mørke himmel - en historisk bluss som går til og med morgenens stigende sol.

Bak kulissene med romfartøyet som vil sveve gjennom solens atmosfære