Wytrzyma tysiące stopni Celsjusza i kosztuje 1,5 miliarda dol. Oto sonda, która "dotknęła" Słońca

Bartłomiej Pawlak
Zbudowana przez NASA sonda Parker Solar Probe jako pierwsze urządzenie stworzone przez człowieka przeleciała przez koronę słoneczną. Pozwoliła na to specjalna "tarcza" blokująca ogromną temepraturę i zabójcze promieniowanie Słońca, a także szereg nowoczesnych technologii. Sprawdziliśmy, jak zbudowana została sonda, która bez szwanku (trzykrotnie) "dotknęła" naszej gwiazdy.

Parker Solar Probe to sonda słoneczna wysłana w stronę naszej gwiazdy z konkretną misją - zbadać Słońce z perspektywy, z której jeszcze nigdy nie mieliśmy okazji go oglądać. Parker w swoją historyczną misję wystartował w sierpniu 2018 roku, a w listopadzie 2018 oraz kwietniu i wrześniu 2019 przeleciał przez koronę słoneczną - najbardziej zewnętrzną warstwę atmosfery naszej gwiazdy.

Wszystkie trzy przeloty już teraz zapisały się w historii jako najbliższe spotkania technologii stworzonej przez człowieka i kosmicznej potęgi gwiazdy. Życiodajnego, ale i (z niewielkiej odległości) szalenie niszczycielskiego obiektu. Dość powiedzieć, że w koronie Słońca temperatura dochodzi do milionów stopni Celsjusza.

Sonda Parker - choć wykonała na razie 3 z 24 zaplanowanych przelotów przez koronę - pozwoliła już na pięć istotnych odkryć, które naukowcy opublikowali w pierwszych dniach grudnia w czasopiśmie naukowym "Nature" (dane pobrano jednak jedynie z dwóch pierwszych przelotów). Wyniki badań (opisane w czterech osobnych artykułach) udowodniły, że nasza wiedza o Słońcu była "błędnie uproszczona" (więcej na ten temat znajdziecie w TYM miejscu).

>>> NASA pokazała pięć odkryć Parker Solar Probe na poniższym filmie:

Zobacz wideo

NASA Parker Solar ProbeNASA Parker Solar Probe fot. screen / NASA's Goddard Space Flight Center / YouTube

Technologia, bez której misja nie mogłaby się powieść

Pomysł przelotu przez koronę słoneczną oczywiście nie był niczym nowym. Takie misje były proponowane już m.in. w latach 50. poprzedniego wieku, ale wówczas napotkano zbyt wiele przeszkód technicznych i finansowych. Obecny kształt misji (początkowo zwanej Solar Probe Plus) NASA zaakceptowała dopiero w 2008 roku.

Jej kluczowym elementem była oczywiście budowa sondy, która zdoła bez szwanku przelecieć przez koronę Słońca. Parker ma zbliżyć się do naszej gwiazdy na odległość nawet 6 mln km (na razie było to 24,8 mln km), dlatego konieczne było przygotowanie się na wyjątkowo nieprzyjazne warunki.

Tarcza, która chroni przed Słońcem

Temperatura, do której nagrzałyby się instrumenty badawcze, wyniosłaby nawet kilka tysięcy stopni Celsjusza. Zbombardowałyby je również wyrzuty plazmy i ogromne promieniowanie. NASA przygotowała więc specjalną osłonę termiczną, którą wykonano korzystając z najnowszych znanych dziś technologii. Można zobaczyć ją na poniższych zdjęciach zrobionych jeszcze podczas prac na Ziemi:

Osłona termalna Parker Solar ProbeOsłona termalna Parker Solar Probe fot. Ed Whitman / NASA

NASA chwali się, że udało jej się sprawić, aby osłona była jednocześnie bardzo lekka (ogromne znaczenie ma waga całego statku kosmicznego) i niezwykle wytrzymała. Skonstruowana została z dwóch paneli odpornego na ciepło kompozytu węglowego, który rozdzielono lekką pianką węglową. Jej rdzeń na Ziemi w aż 97 proc. jest wypełniony powietrzem - tłumaczyły NASA. Całość ma 11,43 cm grubości i waży 72,5 kg. Dodatkowo, zewnętrza część osłony została pokryta specjalną białą powłoką, która ma za zadanie odbijać jak najwięcej światła.

Osłona termalna Parker Solar ProbeOsłona termalna Parker Solar Probe fot. Ed Whitman / NASA

Osłona ma 2,4 metra średnicy i przypomina tarczę, w której cieniu schowana jest sonda i instrumenty badawcze. NASA chwali się, że podczas gdy od zewnętrznej strony osłony temperatura wynosi nawet 1370 stopni Celsjusza, sam statek i jego wyposażenie nagrzana się do ledwie 29,4 stopnia Celsjusza.

Oczywiście, aby tarcza spełniała swoją rolę, sonda stale nakierowuje się (osłona jest nieruchoma względem statku) prostopadle do centralnego punktu naszej gwiazdy. Do zmiany orientacji w przestrzeni służy 12 silniczków korekcyjnych zasilanych hydrazyną. Po wykonaniu wszystkich etapów misji paliwo się wyczerpie, a sonda zostanie zniszczona przez aktywność Słońca.

Ogniwa fotowoltaiczne na tytanowej płycie chłodzonej cieczą

Sama sonda jest wyposażona w dwa rozkładane skrzydła z panelami słonecznymi, które zapewniają energię potrzebną do przeprowadzania badań i normalnej pracy statku. Na czas przelotu przez peryhelium (czyli podczas największego zbliżenia do Słońca) panele są częściowo składane i tylko ich niewielka część pozostaje narażona na działanie promieni słonecznych.

Parker Solar Probe - wizja artystyParker Solar Probe - wizja artysty fot. NASA/JHU/APL

Ogniwa fotowoltaiczne zostały położone na płycie wykonanej z tytanu, która od wewnątrz (systemem rurek) chłodzona jest cieczą. Dzięki jej obiegowi panele nie nagrzewają się do większej temperatury niż 150 stopni Celsjusza. Zasadnicza część ogniw podczas peryhelium schowana jest za wspomnianą wcześniej osłoną i rozkładana jedynie w większej odległości od Słońca.

Młoda sonda z pierwszymi rekordami

Parker Solar Probe - choć w przestrzeni kosmicznej przebywa zaledwie 16 miesięcy już zdążyła pobić kilka rekordów. Wystartowała z przylądka Canaveral na Florydzie 12 sierpnia, a 3 października skorzystała z asysty grawitacyjnej Wenus (przelatując 2428 km od powierzchni planety), aby nabrać odpowiedniej prędkości. Dotarcie do sąsiadki Ziemi zajęło Parkerowi zaledwie 52 dni - to najlepszy wynik w historii.

Rozpędzona grawitacją Wenus sonda skierowała się już w stronę Słońca niedługo później bijąc rekord prędkości (6 listopada 2018) najszybszego obiektu stworzonego przez człowieka - 343 181 km/h. Tego samego dnia Parker osiągnął peryhelium zbliżając się do powierzchni naszej gwiazdy na 24 122 594 km, czyli najmniej w historii.

Illustration of Parker Solar ProbeIllustration of Parker Solar Probe fot. NASA/Johns Hopkins APL

A to jeszcze nie koniec rekordów sondy Parker. Dwa ostatnie mają zostać poprawione, bo statek orbituje (po bardzo wydłużonej elipsie) wokół Słońca, co kilka przelotów "zahaczając" o Wenus (łącznie 7 razy na 24 przeloty obok Słońca), w celu zwiększenia prędkości. Sonda zacieśnia przy tym swoją orbitę i docelowo zbliży się do naszej gwiazdy na 6,2 mln km (odległość Ziemia - Słońce to 150 mln km) lecąc w peryhelium z prędkością ok. 692 tys. km/h (ok. 192 km/s) względem niej.

Gdzie Parker Solar Probe jest teraz?

Szczegóły misji może śledzić każdy. NASA udostępnia bardzo dokładne informacje na stronie internetowej dedykowanej Parker Solar Probe. Dzięki temu wiemy, że sonda podróżuje w tym momencie z prędkością prawie 80 tys. km/h i jest od powierzchni Słońca oddalona o 126 mln km. Tuż przed Nowym Rokiem NASA poda też aktualną temperaturę tarczy przeciwsłonecznej, bo na razie nie jest ona zwrócona bezpośrednio w stronę naszej gwiazdy.

Orbita Parker Solar Probe widoczna na stronie misjiOrbita Parker Solar Probe widoczna na stronie misji fot. screen ze strony http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/

Parker leci właśnie w stronę Wenus, a minie sąsiadkę Ziemi w drugi dzień Bożego Narodzenia. Następne rekordowe zbliżenie do Słońca nastąpi z kolei 29 stycznia 2020 roku. Przez kolejne 5,5 roku sonda jeszcze 5-krotnie okrąży Wenus i 20-krotnie "dotknie" naszej gwiazdy.

Szacuje się, że wydatki NASA na misję Parker Solar Probe wynoszą łącznie ok. 1,5 mld dolarów.

>>> Wszystkie etapy misji możemy zobaczyć na poniższym zwiastunie NASA. W przystępny sposób pokazano tu zarówno przeloty obok Wenus i Słońca, jak i wspomniany w artykule system rozkładanych ogniw fotowoltaicznych:

Zobacz wideo