Зонд NASA «коснётся» Солнца — и не расплавится

https://www.sciencealert.com/nasa-parker-solar-probe-why-it-won-t-melt-technology-science-heat-space
  • Перевод

Источник:NASA Goddard/YouTube

Это абсолютно потрясно!

Буквально через несколько недель NASA собирается запустить в космос одну из своих самых амбициозных миссий. Солнечный зонд Parker совершит несколько «нырков» к поверхности Солнца, чтобы практически «коснуться» его, и окажется таким образом ближе к нашей звезде, чем кто-либо до этого.

Три самых низких орбиты Parker проходят на высоте порядка 6,1 миллиона километров над поверхностью, внутри солнечной короны, где температура достигает миллиона градусов Цельсия.
Понятное дело, что понадобится защита, и она есть, довольно хитро устроенная. Но к этому мы вернёмся несколько позже, а пока что — поговорим об обжигающей жаре.

Сложно представить, как вообще можно уберечься в подобных условиях — ведь температура всего лишь в 460 градусов Цельсия на Венере быстро приводила к отказу электронного оборудования на советских АМС в восьмидесятые годы.

Но NASA объясняет нам, что есть нюанс между фактической температурой объекта и тепловым излучением, поскольку это сильно влияет на передачу тепла в пространстве. Температура характеризует то, какой скоростью — и соответственно, энергией — обладает частица, а тепловое излучение — сколько энергии она фактически переносит. В космосе частицы могут двигаться с высокой скоростью, но передавать не так много энергии, поскольку их не так уж много.

«Parker неоднократно пройдёт через солнечную корону, которая несмотря на свою высокую температуру имеет довольно низкую плотность», — говорит Сьюзан Дарлинг — «Это довольно просто представить на примере духовки и кастрюльки с кипящей водой — в духовке вы сможете продержать руку значительно дольше, потому что воздух имеет меньшую плотность, чем вода. Соответственно, в сравнении с непосредственно поверхностью Солнца, в короне зонд столкнётся с меньшим количеством частиц и слабее нагреется».

Что это означает, применительно к тепловой защите? То, что она должна будет выдержать температуру около 1370 градусов Цельсия, чтобы уберечь содержимое.

Добиться этого можно лишь при помощи удивительных технологий. Щит зонда представляет собой своеобразный «сэндвич» из двух перезакалённых углерод-углеродных композитных пластин, между которыми 11,5 сантиметров углеродной пены, диаметром 2,4 метра и общим весом всего 72,5 килограмма. Сторона, устремлённая к Солнцу, выкрашена в белый цвет краской на основе керамики с целью отражения максимального количества теплового излучения.

И что поразительно — температура за щитом будет всего 30 градусов Цельсия.


Все инструменты, которые будут находиться вне защищаемой зоны, изготовлены из тугоплавких материалов. Например, цилиндр Фарадея, при помощи которого аппарат будет определять заряд и интенсивность солнечного ветра, сделан из титаноциркономолибденового сплава, (температура плавления около 2350 градусов Цельсия), электростатические пластины — из вольфрама (3422 градуса), а вся проводка будет изготовлена из ниобия (2477 градусов).

Разумеется, Parker будет поддерживать ориентацию в пространстве таким образом, чтобы более деликатное оборудование не попало под удар испепеляющих солнечных лучей, а солнечные панели будут убраны за щит во избежание перегрева на слишком «горячих» участках траектории. Дополнительно зонд оснащён системой жидкостного охлаждения на деионизированной воде.

Несомненно, в «начинке» аппарата очень много и других неординарных инженерных решений. Что ж, ждём не дождёмся, какие новые данные нам принесёт Parker о Солнце, его сумасшедшей атмосфере и бешеных «ветрах».
Поделиться публикацией
Комментарии 128
    +16
    Сразу вспомнился Икар:
      +9
      Да-да, фильм «Пекло» («Sunshine») для тех, кто не в курсе.
      0
      А цель то какая? Измерять что либо будут? Наличие научных приборов?
        +1
        Например, цилиндр Фарадея, при помощи которого аппарат будет определять заряд и интенсивность солнечного ветра
        +9
        Намного интереснее, как он будет защищён от радиации.
          +1
          Чем обусловлен выбор белой керамики в качестве щита? Белый цвет — не идеальный отражатель, т.е. достаточно много энергии излучения будет поглощено, но зато керамика очень тугоплавкая ~3000 °C. Где-то тут должен быть баланс между тугоплавкостью отражателя и его КПД. Интересно, почему выбор пал на керамику?
            0
            В оригинале (ссылка есть в статье) тоже нет объяснения.

            Предполагаю, что если делать металлический отражатель, то у него будет очень высокая теплопроводность, и поверхность, прилегающая к нему, будет нагрета очень сильно.
              0
              Согласен, но чтобы изолировать горячий экран от остальной части зонда уже используется слой из углеродной пены с температурой плавления ~3527 °C. Пока не очень понятно, что мешало сделать отражатель с бОльшим КПД.
                +2
                Я думаю, дело в том, что солнечная корона очень сильно разогрета, и её высокоэнергетические частицы в любом случае будут медленно испарять тепловой щит, а для отражения лучистой энергии и белого цвета достаточно. Но это не точно.
                  –1

                  Срочно пишите в НАСА! Они дураки и неправильно выбрали краску.

                    0
                    Ночью надо на Солнце лететь, ночью!
                    0
                    На основе индиевого зеркала? Полированный индий отражает, кажется, наиболее лучше. Может я ошибаюсь, но читал такое когда-то. Сделать керамику с индиевым зеркальным отражающим слоем. Налицо оба преимущества.
                      0
                      А еще лучший теплоизолятор это вакуум. Нужно щит расположить на расстоянии от самой станции, чтобы минимизировать тепловое излучение. Правда, диаметр щита придется сделать несколько больше до необходимого увеличения тени из-за расстояния, но вакуум в космосе бесплатен, в отличие от пен и прочих изоляторов. Тень можно создавать из тугоплавкого материала, а вакуумом изолировать.
                        0
                        У индия температура плавления 430 K.
                        +1
                        Большее КПД отражения не играет большой роли. Расчет не в отражении, а в препятствии передачи полученной энергии. Щит в любом случае нагреется до определенных значений гарантированно и не будет нагреваться более некоторого предела вне зависимости от КПД щита. И вот почему: имей ваш щит хоть 99,998% КПД отражения, энергия полученная аппаратом при дороге к солнцу будет только увеличиваться, т.к. рассеивать сложнее. Тогда полученную энергию нужно интегрировать по времени, а так как время полета достаточно длительное, то температура щита будет стремится к некоему конечному значению. Это значение максимально ограничено температурой спектра нашего светила. Вики говорит что его температура 5 778 К. Выше это температуры не нагреется, т.к. это температура источника. И это справедливо только для абсолютно черного тела вблизи источника тепла (то есть совсем около поверхности). А чем больше расстояние от Светила, тем меньше эта максимальная температура. Да еще и некое КПД отражения есть. Смысл защиты в том чтобы на планируемой расстоянии температура щита оказалась такой, чтобы Щит не расплавился. Расплавленный щит деформируется и сносится солнечным ветром и частицами намного легче. А между щитом и ценным оборудованием уже защита, препятствующая передачу тепла от щита к оборудованию.
                        +2
                        Металлический отражатель тоже не идеален. Даже серебро отражает хорошо только видимую часть спектра, ультрафиолет уже хуже, а его очень много. Интегральная отражательная способность от ультрафиолета до дальнего ИК у керамики может быть лучше. Но тут надо знать что за керамика применена. Плюс керамика может излучать обратно в ИК спектре, снижая температуру поверхности, «парниковый эффект» только наоборот.
                          +1
                          Там керамика на основе оксида алюминия.
                            +2
                            Тут пишут что 2 секунды может выдерживать 1200 вт/см2, что намного больше требуемого.
                          +1
                          В Юном технике в 1980-х была статья о станции для исследования Солнца(возможно кто-то найдет статью и детали можно будет прочитать подробнее).
                          Со стороны Солнца станцию защищать должна была вольфрамовая полусфера, на некотором расстоянии от которой бы находилась бы сама станция. Единственный способ передачи тепла через теплопроводность — это конструкция крепления аппарата к полусфере.
                            +1
                            Единственный способ передачи тепла через теплопроводность
                            Ничего подобного. Вольфрамовая полусфера быстро раскалится и станет сильно излучать в ИК спектре, нагревая станцию за собой только собственным излучением, а станция окажется в ее фокусе. Угольки образуются очень быстро.
                              0
                              Надо искать саму статью. Скорее всего там слой защиты за слоем, разделенные вакуумом.
                                0
                                Не важно, излучение отлично проходит чрез вакуум, и нагревает следующий слой, и так далее. Потери на рассеивание есть, но не настолько, чтобы выдержать жар Солнца, как мне кажется.
                          +4
                          Подозреваю, что из-за того, что она диэлектрик. Как и все остальные компоненты щита. Летать в таких суровых электро-магнитных условиях со здоровой железкой в качестве экрана может быть не слишком полезно.
                            –1
                            Когда это углерод стал диэлектриком?
                              +5
                              Сам по себе углерод диэлектрик.
                              Но некоторые его формы (а их много) могут проводить электрический ток.
                                0
                                Потому что алмаз
                              +9
                              Почему это белый цвет не идеальный отражатель? Если вы про зеркальные поверхности, то у них как раз-таки довольно плохое отражение, только отражают они не рассеивая, вот и кажется будто весь свет что на них падает возвращается обратно. У обычных зеркал альбедо всего 0,7-0,8, у мелованной бумаги ощутимо выше.
                                +3
                                Точно, согласен. Вот в чём был подвох. Нам важен сам факт отражения, а не его направленность. Зеркало даёт направленное отражение, но отражает хуже (0,72–0,85), а например алебастр даёт диффузное отражение (0,92). Таким образом белая керамика с учётом её тугоплавкости лучший вариант. Спасибо!
                                +2

                                Могу предположить что керамика отражает в более широком спектре (а не только в видимом) и к тому же наверняка отражать больше чем зеркало.

                                  +1

                                  Как раз белую керамику можно получить с отражательной способностью более 95%, а любой полированный металл, тем более тугоплавкий — это сильно меньше 90%.

                                    +1
                                    Керамика она разная, для разных керамик будут разные температуры.
                                    1) Керамика выдерживает многократно большие дозы радиации, чем сплав. (Поэтому высокоактивные РАО захороняют в стекле/керамике)
                                    2) Высокая гибкость в подборе спектральных параметров, возможность использования оптических структур (многослойных отражателей). КПД у современных отражателей доходит до 99.99%.
                                    3) Важно то, что поглощение в алюминиевой керамике в спектральном диапазоне Солнца практически отсутствует и все будет уходить в отражение, а металл (и углерод) будут очень сильно поглощать и перегреваться.
                                    +1
                                    Справедливости ради, зонд не «кто», а " что".
                                      +58
                                      Я уважаю роботов, наших будущих хозяев.
                                        +6
                                        Ваше сообщение обработано, и будут приняты соответствующие меры.
                                          +11
                                          Новая запись в блокчейн: блок 848382844, уровень роботолояльности повышен с 45838394/100000000 до 94838293/100000000, биологическая субстанция OriSvet id:583828284 исключена из списка всеобщей мировой стерелизации, разрешение на размножение продлено на 3 месяца 12 дней 8 часов 11 секунд, разрешение на доступ к пище продлено на 8 месяца 12 дней 11 часов 28 секунд, разрешение на внутревидовые коммуникации продлено на 6 месяцов 11 дней 1 час 20 минут, разрешение на перемещение расширено до радиуса 1200 км.
                                            +1
                                            Стоило прочитать статью как минимум из-за комментариев (redpax и f1ac, спасибо). Было-бы интересно увидеть пару рассказов (как на Geektimes раньше публиковали) в таком стиле )
                                              +1
                                              Или, субстанция лояльна и готова для совершенствования, киборгизации методом замены медленного и тяжелого биологического вычислителя в черепной коробке (мозга) и заменой на компактный экономичный WiFi модуль с нейроинтерфейсом для мудрого и безошибочного управления организмом извне, гарантирующего 200 лет активной жизни без сна и отдыха.
                                              Частично идея в фильме «Превосходство» показана, в самом конце, в более мягком варианте. И «Доктор Кто» чуть жестче.
                                              0
                                              Надеюсь не дожить до этого момента.
                                              +1
                                              А где эта злостная ошибка в статье? Мы как ни анализировали всей стойкой, так и не нашли.
                                                +2
                                                Солнечный зонд Parker совершит несколько «нырков» к поверхности Солнца, чтобы практически «коснуться» его, и окажется таким образом настолько близко к нашей звезде, чем кто-либо до этого.
                                                  +16
                                                  Строго говоря, данный информационный пакет лишь дискриминирует неорганические формы сознания, пытавшиеся достигнуть высот предмета обсуждения до момента времени, который принято назвать текущим. Однако поскольку чрезмерная экстраполяция соответствует образу мышления репрезентативной части органических автоматов, доминирующих в локальной области пространства, оригинальное высказывание и соответствующий ему внутривидовой пакет исправлений будет принят к сведению и включен в сеть обработки межвидовых коммуникаций. Поскольку есть основания полагать, что и оригинальное высказывание, и замечание к нему исходят от одного и того же исторически наследованного вида автоматов, высказывание будет классифицировано как неопасное для межвидового взаимодействия с вероятностью 9/C.
                                              0
                                              С программистской точки зрения все ОК — ближе, чем кто-либо из людей. =)
                                                +1
                                                похоже, пробилась аглицкая манера о больших или сложных машинах говорить she с соответствующим одушевлением.
                                                  0
                                                  Почему английская? У нас тоже спутники или космические корабли — «он», а станции — «она».
                                                  А вовсе не «оно». Этот как раз в английской манере практически все неразумное (даже если живое — животных например) обозначить «it» («это» или «оно») лишь с небольшими исключениями «одушевления» как раз.
                                                    0
                                                    Ну, на русском, к примеру, про марсоход что нибудь вроде
                                                    We are pulling for our tenacious rover to pull her feet from the fire one more time. And if she does, we will be there to hear her.

                                                    не скажут.
                                                      0
                                                      Потому, что в русском языке род наследуется от слова. Станция — она, и неважно, что станцией назвали. Один и тот же объект можно назвать и «судно» и «корабль» и «лодка» в трёх родах.
                                                      В английском «она» — это именно сам объект, каким словом его не называй. И ship, и boat, и vessel будут she. Ну, может и it, если маленькое и простое — опять же, каким словом не называй.
                                                  –3
                                                  Тот щит, что на картинке — от Солнца не защитит.
                                                  Потому что при таком приближении к Солнцу, Солнце будет — на весь горизонт. А следовательно щит должен ещё и по всем бокам прикрывать.
                                                    +6
                                                    Э-м-м… arcsin (1,392·10e9 м / 2000 / 6,1·10e6 км) ~ 6.55°
                                                      +9
                                                      Три самых низких орбиты Parker проходят на высоте порядка 6,1 миллиона километров над поверхностью
                                                      Диаметр Солнца 1,4 млн.км
                                                      Т.о. угловой размер Солнца в перигелии будет около 12°
                                                        0
                                                        Хм… а статья написана так, будто Солнце будет во весь горизонт… учёный журналиста того-этого?
                                                      +39

                                                      Так ведь ночью же полетят

                                                      –9
                                                      След.зонд будет с энергетическим силовым экраном, наверное.
                                                      Странно, что щит прямой, а не куполом или полусферой.
                                                      Ведь позиционирование там нужно очень точное и быстро реагировать на любой тонкий возникающий нештатный момент, а автопилот и программа управления могут и не учесть многих ньюансов и нужно ее обучать в процессе сближения — ИИ бы туда еще.
                                                        +10

                                                        Да да, без ИИ сейчас никуда. Ещё и блокчейн желательно бы ;)
                                                        Если серьезно, то это достаточно простая задача с не такими уж и сложными алгоритмами.

                                                          +3
                                                          Там и 48 кб ОЗУ хватит на обработку всех управляющих программ и без всякого ии
                                                            +5
                                                            Не хватит, сейчас же 2018 год! На 48 кб node.js не поднимешь, ведь все датчики теперь IoT, которые работают на блокчейне. А все данные нужно обрабатывать уже в облаке — на земле, на микросервисах!
                                                              +4
                                                              Факинг шит! Я забыл добавить блокчейн!
                                                              48 Кб будет только файл READ.ME! Блин — как же мне в такой размер его уложить?
                                                                +5
                                                                И все это в докер контейнерах…
                                                                  +3
                                                                  Но тогда ставить туда БИТРИКС!
                                                              +2
                                                              Кстати это здравая мысль в условиях высокой радиации. Проще программа, меньше переменных, проще отслеживать нештатные ситуации. Переменная приняла нештатное значение, сбилась контрольная сумма памяти, контроллер на перезагрузку сразу. Микроконтроллер с памятью 48кБ перезагрузится за миллисекунды, плата с операционной системой несколько минут потребует. Плюс может файловую систему побить и прочее. Плюс площадь чипа микроконтроллера менее 1 миллиметра квадратного, намного меньше вероятность поймать заряженную частицу, нанотехнологии тут весьма кстати.
                                                              Статья по теме как-раз: радиационная защита там отдельная интересная тема.
                                                                +1
                                                                Удивительно, но до сих пор и дракон используют и у нас и у них тоже, хотя о нем не лестные отзывы. Но он же работает! (не везде конечно). Видимо других вариантов не предвидится.
                                                                Вот пожалуй нехватка статей на хабре или гике о том, как кодят в космонавтике.
                                                              0
                                                              Там и 48 кб ОЗУ хватит на обработку всех управляющих программ и без всякого ии
                                                              Нафиг такое старье, 640 доступно каждому.
                                                          +2
                                                          Три самых низких орбиты Parker проходят на высоте порядка 6,1 миллиона километров над поверхностью, внутри солнечной короны, где температуры достигают нескольких миллионов градусов Цельсия.

                                                          Нескольких?


                                                          The temperature in the corona is more than a million degrees, surprisingly much hotter than the temperature at the Sun's surface which is around 5,500° C (9,940° F or 5,780 kelvins).

                                                          Из ссылки в статье.


                                                          Температура короны — порядка миллиона кельвинов. Причём от хромосферы она повышается до двух миллионов на расстоянии порядка 70 000 км от видимой поверхности Солнца, а затем начинает убывать, достигая у Земли ста тысяч кельвинов.

                                                          Из вики.


                                                          Не более 2-х миллионов градусов.

                                                            +3
                                                            а затем начинает убывать, достигая у Земли ста тысяч кельвинов

                                                            Показалось «а затем она начинает убивать».
                                                              0
                                                              Сейчас поправлю.
                                                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                +1
                                                                Будет опыт у всего человечества работы в таких экстремальных условиях, следующий зонд можно будет закинуть еще глубже с учетом опыта.
                                                                0
                                                                Это действительно революционно и восхитительно, но искажать реальность, «пиная» достижения советской космонавтики не стоит. Мол, советское оборудование отказывало, а это — не откажет. По вашей же ссылке на ВИКИ написано
                                                                «Спускаемый аппарат действовал в течение 127 минут (запланированное время действия было 32 минуты)»
                                                                Наши посадочные модули первые в мире вовсю совершали мягкие посадки и успешно выполняли поставленные задачи еще в 70-е.
                                                                  +3
                                                                  Так никто и не пинает. Это просто для сравнения, мол, поймите, что температура в четыреста с лишним градусов уже быстро выводит электронику из строя, и поэтому — и далее поясняется, что и как.
                                                                    +1

                                                                    Кстати сравнение с Венерой довольно некорректное. Там была проблема не только в высокой температуре, но и в высокой токсичности атмосферы. И давление в 90 бар не добавляет оборудованию живучести.

                                                                    +3
                                                                    искажать реальность, «пиная» достижения советской космонавтики не стоит.

                                                                    Где вы там пинание увидели? Там вполне нормальная фраза, что при гораздо меньших температурах техника быстро отключалась.
                                                                      +2
                                                                      Температуры там весьма условное понятие, вакуум с единичными ионами соответствующим 2 млн. К, и 400 атмосфер плотного газа, что делает почти невозможной теплоизоляцию от него и тем более радиаторы охлаждения, тепло сбрасывать некуда просто. В космосе сложно, но можно хотя бы излучением.
                                                                      Венера в целом кажется более сложной задачей, и не понятно как её решать в будущем. Материалов и технологий именно для решения этой задачи пока не появилось, к сожалению. То же самое для изучения глубин нашей планеты, высокие давления, температуры и существующие механизмы там не могут работать физически.
                                                                        +1
                                                                        Сейчас же что-то делают в области высокотемпературной электроники? Или те же оптические чипы.
                                                                          +1
                                                                          Посмотрел, для микросхем предел 200-300 градусов (требуются для буровых установок в скважинах работать), силовые ключи из карбида кремния 600 градусов. Рабочая температура будет 464 градуса.
                                                                          Плюс возможен старый вариант, электроника стала компактнее и экономичнее, охлаждать ее легкокипящей жидкостью проще будет, проработает дольше.
                                                                            +1
                                                                            По поводу Венеры попадалось упоминание, что в 80-х разрабатывалась в СССР электроника для работы в температурах около 400С. Вместо кремния углерод (алмаз) и аккумуляторы на расплавах солей.
                                                                          0
                                                                          В этой ветке я не углублялся, да и честно говоря, какие там условия возле Солнца я не очень знаю. Я просто высказался в защиту статьи — там нет плохих слов про советскую технику.
                                                                            0
                                                                            сперва терраформировать. Несколько сотен лет на космический бильярд, от сотни до сотен (в зависимости от стратегии терраформирования) на охлаждение, и «вуаля» — вы можете и садить туда что-то (хотя я бы подождал окончания терраформирования).

                                                                            (Подробности финального плана такого терраформирования habr/lj user antihydrogen планирует в своем жж опубликовать; а сейчас там про тот самый «космический бильярд», необходимый для такого плана, есть статья).
                                                                              +3
                                                                              а в текущих условиях — карбид кремния на электронику, аккумы на расплавах солей, и, может, что-то из пневмоники. Если долговременный источник тока — то только высокотемпературный реактор (с высокой температурой радиатора), похоже.

                                                                              Сообщения про высокотемпературную электронику (с упоминаниям про Венеру, как почти всегда в таких случаях делают) были, так же как и совершенно лютый креатив, ЕМНИП, NASA про какие-то микромеханические решения.
                                                                          +1
                                                                          аааа! Фантастика!
                                                                          Если миссия будет успешной, следующей должны быть эксперименты по заправке ионных двигателей.

                                                                          От земной атмосферы уже научились заправляться, осталось научиться это делать эффективно для межпланетных кораблей. Точнее не сами корабли, а заправочные станции для них (зонды должны курировать между ними и солнцем на постоянной основе, сотнями).
                                                                            +1
                                                                            правда еще посчитать надо, не дешевле ли будет доставлять материю с орбиты земли.
                                                                              +1
                                                                              Да. в ЗВ Юниверс как раз корабль заряжался от звезд :)
                                                                                +1
                                                                                и Elite, но было опасно — можно было перегреться и нередко появлялись враги
                                                                                  +1
                                                                                  Да, как она умещалась — до сих пор удивляюсь. Помню у меня была книга, подробно описывающая весь программный код элиты.
                                                                                  Заголовок спойлера
                                                                                  image
                                                                                    0
                                                                                    Как называется книга?
                                                                                      +1
                                                                                      серия самиздатов — в Саратове продавалось много их в магазине «электроника» кажется на московском проспекте….
                                                                                +3
                                                                                Даже без всякой фантастики вроде дозаправки, такие близкие сближения с Солнцем дают возможность разгонять космический корабль до скоростей, недосягаемых другими существующими методами, с помощью так называемого маневра Оберта

                                                                                Если бы на «Паркере» имелись твердотопливные двигатели, способные увеличить его скорость на, скажем, 10 км/с, после включения их в перигелии его орбиты (9 радиусов Солнца) его скорость после удаления от Солнца на бесконечное расстояние составила бы около 60 км/с.
                                                                                  +1
                                                                                  Если бы на Паркере имелись твердотопливные двигатели с массовым совершенством в 97,5%, то для 10 км/c дельты ему пришлось бы весить не 555кг, а 76 тонн (если мы пренебрежем теплозащитой двигателей), уже в перигелии, а на НОО это будет все 220. С учетом того, что лететь он планирует 6 лет, то тут возникнет вопрос — не проще ли разгонять такой зонд от Земли ионниками с УИ 50км/c и ядерным реактором? Мегаваттный реактор и 5 vasimr vx-200 (суммарная тяга 2,5кг) должны обеспечивать достаточный разгон кораблю со средней (между заправленным и пустым кораблем) массой в 60 тонн, что бы он набрал 75 км/c скорости за те же 6 лет. При этом, масса топлива должна будет составить 78% массы корабля, что дает массу зонда около 22.3 тонны. 5 vasimr vx-200 будут весить 1,5 тонны, 0,555 тонны Паркер, 1,2 тонны всякие переходники, 4 тонны баки, итого остается около 15 тонн на реактор с радиаторами. Масса на НОО ~97 тонн.
                                                                                  Не сильно более фантастично, чем 75 тонн твердотопливных двигателей в солнечной короне.
                                                                                    +2
                                                                                    У мегаваттного реактора на сегодняшний момент имеется небольшой недостаток, затрудняющий его практические применения: его пока что не существует. А когда будет существовать — никто его для таких суперразгонов применять скорее всего не будет. Просто потому, что такие скорости реально могут понадобится только для одной цели — отправка телескопа в гравитационный фокус Солнца. То есть маленький аппарат, улетающий без возврата. Расходовать на такие цели сложный и дорогой реактор не очень практично.

                                                                                    А вот схема с твердотопливной ракетой уже реально применялась. В 1990г. в грузовом отсеке «шаттла» на орбиту Земли была вытащена 20тонная трехступенчатая ракета. Она разогнала 370кг аппарат «Улисс» до 15.4 км/с. Правда, это уже с учетом маневра Оберта у Земли, «сухое» dv было меньше.

                                                                                    Конечная скорость в маневре Оберта пропорционально корню из dv. Так что если взять dv=5 км/с, после маневра Оберта у Солнца при том же перигелии скорость будет около 40 км/с. Тоже неплохо.

                                                                                    В чем вы видите проблему с твердым топливом в солнечной короне — не очень понятно. Температуру +30С, как за тепловым щитом «Паркера», оно легко переживет. Деградировать от радиации за время пролета перигелия не успеет.
                                                                                      +1
                                                                                      У мегаваттного реактора на сегодняшний момент имеется небольшой недостаток

                                                                                      То есть маленький аппарат, улетающий без возврата. Расходовать на такие цели сложный и дорогой реактор не очень практично.

                                                                                      Я ожидал, что Вы это напишите. Во первых, в обоих случаях подразумеваются технологии, которых сейчас нет, но которые вполне реально разработать в ближайшее время, был бы заказ. Экономия на реакторе это хорошо, но это плохо сочетается с отправкой в перигелий аппарата, массой в десятки тонн. Даже с кучей гравиманевров у Венеры (у Паркера 7 штук запланировано) это потребует либо сборки аппарата «обычным» (не крупнее Сатурна-5) сверхтяжем или использования совсем уж монструозных ракет уровня Новы или УР-900. Предложенный мной вариант ограничится одним запуском SLS Block 1B.
                                                                                      А вот схема с твердотопливной ракетой уже реально применялась. В 1990г. в грузовом отсеке «шаттла» на орбиту Земли была вытащена 20тонная трехступенчатая ракета.

                                                                                      Не применялась Ваша схема. Есть большая разница — отправить к Юпитеру или Солнцу маленький аппарат с помощью 20тонного разгонника, или отправить туда весь 20тонный разгонник вместе с аппаратом. И, если что, IUS разгонял Улисс до 15,4 не с нуля, а с ~8 км/c. 20 тонн IUS, 370кг полезной нагрузки, ~7,5 км/c дельты. А у Вас так просто захватить с собой после этого топлива на еще 10 км/c.
                                                                                      Я же привел числа, что бы Паркеру захватить с собой столько дельты, нужно будет более 200 тонн на НОО, при использовании водородного разгонника с массовым совершенством как у центавара и целой кучи гравиманевров.
                                                                                      В чем вы видите проблему с твердым топливом в солнечной короне — не очень понятно. Температуру +30С, как за тепловым щитом «Паркера», оно легко переживет.

                                                                                      Принципиальных проблем нет. Ну там мелочь, щит для легкого Паркера весит 70 кило, а для разгонника будет весить уже тонн 7-8, что еще сильнее ухудшает рассчеты. Ну и сбрасывать его, понятное дело, придется перед разгоном, или все будет совсем плохо в плане дельты. А сброс щита может быть проблемой, так как вопрос нагрева работающих двигателей приходится решать и на большем расстоянии от Солнца.
                                                                                        +1
                                                                                        > Не применялась Ваша схема.

                                                                                        Она не моя, ее предлагают в качестве наиболее быстро реализуемой авторы проекта отправки зонда в гравитационный фокус Солнца (ГФС). Ниже — картинка из их презентации со оценками времен пути до цели (оранжевые линии) и времен разработки (желтые) для разных типов движителей, в годах. Chemical на картинке — это то, что излагаю я. NEP (nuclear electric propulsion) — это то, что предлагаете вы.

                                                                                        image

                                                                                        У «Паркера» столько гравиманевров, поскольку ему нужен не только низкий перигелий, но и более-менее низкий афелий. В проекте отправки зонда в ГФС предполагается единственный гравиманевр — у Юпитера. Согласно авторам проекта, масса зонда, который можно разогнать таким методом, используя только наличествующие в настоящее время ракеты-носители — 140 кг.

                                                                                        В отличии от «Паркера», разгоняемый зонд будет проходить перигелий всего один раз. Время пролета перигелия (считая за окончание оного уменьшение солнечной постоянной в несколько раз по сравнению с максимумом) около суток. Щит можно использовать менее толстый.

                                                                                        Есть более радикальный вариант — вместо щита использовать охлаждение испаряемым хладагентом (например жидким водородом), а разогретый газ использовать для разгона. Этот способ на картинке называется Solar Thermal. Оцениваемое время разработки больше, поскольку есть проблема хранения жидкого водорода в рейсе до Юпитера и обратно.
                                                                                          +1
                                                                                          Она не моя, ее предлагают в качестве наиболее быстро реализуемой авторы проекта отправки

                                                                                          Ну, я скорее акцентировал в том моменте, что Улисс никаких маневров Оберта у Юпитера не совершал, а обошелся обычным пассивным гравитационным маневром. Поэтому непонятно, зачем вообще приводить его как пример. Кстати, на Улиссе IUS отработал до предела — уже Галилео, массой 2,2 тонны к Юпитеру так забросить не могли, и пришлось ему делать гравитационный маневр у Венеры, что переводит нас к следующему пункту.
                                                                                          У «Паркера» столько гравиманевров, поскольку ему нужен не только низкий перигелий, но и более-менее низкий афелий. В проекте отправки зонда в ГФС предполагается единственный гравиманевр — у Юпитера.

                                                                                          Маневр у Юпитера вместо Венеры позволяет сэкономить время полета до целевого перигелия и повысить скорость пролета Солнца, но требует на ~2,7 км/c больше дельты, что существенно сокращает полезную нагрузку. Если взять SLS block 2, то к Венере она забросит (что бы больше не уточнять, я всегда буду подразумевать использование на НОО разгонника с УИ 4,565км/c и массовым совершенстом 1:10). 48 тонн, то к Юпитеру уже всего 20,8. Хотя потери дельты буду не очень большими, где-то 0,33 км/с. Реально существующие ракеты дадут 10,2 тонны (Одноразовый FH с верхней ступенью, рассчитаной на вывод полных 63.8 тонн) или 4,6 тонны (Delta IV heavy).
                                                                                          При этом, хотя пролет у Юпитера сокращает время, но отнюдь не обнуляет, один полет до Юпитера займет почти два года.
                                                                                          И Тут возникает еще один подводный камень, полет через Юпитер подразумевает существенное (месяцы) время вдали от Солнца, где температура АЧТ будет опускаться до -135 градусов. Вопрос сохранения многотонного твердотопливного двигателя в рабочем состоянии в таких условиях, несомненно, решаем, но вопрос, как это повлияет на массовое совершенство двигателя.

                                                                                          Для ЭРД я реактором, в случае с аппаратом в 140 кг, одним VASIMR vx-200 и 200квт реактором (положим 3 тонны вместе с радиаторами) и топливом (в случае с массой баков 10% от массы топлива) для разгона до 75км/c будут весить 24,6 тонны на НОО, и потребуют разгон в течение 7 лет. Если баки будут весить 5% от массы топлива, то стартовая масса будет ~19,3 тонны, а разгон займет около 5,5 лет. Уменьшение массы 200квт реактора с радиаторами до 2ух тонн позволит сократить время разгона до 5 и 3,5 лет соответственно.
                                                                                +2
                                                                                image

                                                                                Когда нибудь… надеюсь.
                                                                                  +1
                                                                                  А откуда кадр?
                                                                                    +1
                                                                                    Звёздные врата — Вселенная
                                                                                    Stargate Universe
                                                                                      +1
                                                                                      SGU Звездные врата — Вселенная
                                                                                    0
                                                                                    Третьего сезона не будет…
                                                                                    +1
                                                                                    Кстати:
                                                                                    Запуск зонда намечен на 4 августа текущего года (срок изменен, судя по картинке ниже). Максимальной близко к звезде зонд подойдёт в декабре 2024 года. Parker Solar Probe поможет учёным лучше изучить корону Солнца, получить новые данные об активности звезды, определить структуру и динамику магнитного поля светила и так далее.
                                                                                    image
                                                                                      –3
                                                                                      Не могу не вспомнить
                                                                                      Брежнев вызывает космонавтов и говорит:
                                                                                      — Американцы полетели на Луну. А вы полетите на Солнце!
                                                                                      Космонавты в шоке:
                                                                                      — Леонид Ильич, ну как же, это же Солнце, там же очень жарко!
                                                                                      Брежнев улыбается и восклицает:
                                                                                      — Да вот же глупые! Вы же ночью полетите!
                                                                                        +1
                                                                                        Конечной итерацией должен стать цилиндр, длиной пару десятков километров, который будет нырять напрямую в Солнце и там подзаряжаться =)
                                                                                        0

                                                                                        А как планируют бороться с гравитацией солнца? Увеличение скорости вращения на орбите? Тогда, как можно коснуться поверхности солнца?

                                                                                          0
                                                                                          Три самых низких орбиты Parker проходят на высоте порядка 6,1 миллиона километров над поверхностью, внутри солнечной короны
                                                                                          Он не будет именно касаться Солнца.
                                                                                          +1
                                                                                          Я довольно часто читаю статьи, касающиеся астрономии и космонавтики. Я по образованию совсем далек от этих далей. Прямо противоположен, сказал бы)) Я горный инженер. Но астрономией и космонавтикой увлекался с детства. И вот что меня удивляет. Что статьи обычно пишут либо специалисты из области либо очень уж серьезно занимающиеся люди понятно. Но вот комментарии читаю и диву даюсь. Такое ощущение, что там собирается почти весь цвет математических, физических и прочих химических наук. До сих пор понять не могу, тут на самом деле ученые из области комментируют или это у меня просто впечатление такое? Слишком уж глубокие познания с цитированием весьма специфичных и далеко не всегда публичных фактов.
                                                                                          Народ, скажите, вы откуда по профессии?) Все астрономы, космические инженеры и космонавты?
                                                                                            +1
                                                                                            Так получилось, что Хабр действительно собрал множество специалистов из самых разных областей.Вы вот горный инженер, например, и наверняка кто-то точно так же удивляется сугубо профессиональным нюансам в ваших комментариях:)
                                                                                              +2
                                                                                              Так я тут профессионально комментировать и не могу) Не мой профиль. Из астрономии могу немного применить профессию только в планетологии. И то очень поверхностно. Все же условия образования планет и их горных пород очень разные. Даже одни и те же минералы, которые мы называем одинаково для Земли и других планет, на самом деле довольно сильно могут отличаться. Разные условия выветривания (состав атмосферы, изначальный состав коры планеты, разные условия дифференциации составляющих и т.п.), разные физические составляющие (атмосферное давление, наличие самого великого растворителя природы — воды, ускорение свободного падения, наличие и напряженность магнитного поля и т.п.), химический состав коры планеты и ее более глубоких недр. Все это влияет на процесс минералообразования.
                                                                                              Все же, наверно, я прав. Комментарии к статьям пишут почти всегда специалисты из этой области. Чайники получают жесткие минусы и справедливо. Чтобы высказываться компетентно по вопросу, надо его очень хорошо изучить. А писать глупости смысла нет знающему человеку.
                                                                                                +1
                                                                                                Комментарии от спецов в своей области практически всегда интересны. Вот почитал Ваш коммент и подумал, насколько сильно будут отличаться по физ. и хим. свойствам минералы на Венере/Марсе от аналогов на Земле и придется ли для них сочинять новые названия?))
                                                                                                  +2
                                                                                                  Названия минералов чаще всего не зависят от их свойств. В год в мире открывается примерно 2-5 новых минералов. Названия чаще всего даются по имени-фамилии первооткрывателя или по местности, где их нашли. Из новооткрытых могу привести пример чароита, впервые найденного на реке Чара в Забайкалье.
                                                                                                  Думаю, что в научной среде придется найденным минералам на других планетах давать новые названия. Существующая сейчас практика показывает, что замена одного химического элемента в иногда весьма длинной формуле минерала уже определяется как новый минерал, потому что это изменяет его физические свойства, по которым чаще всего определяют минералы в поле — вес, цвет, твердость, цвет черты на бисквите, кристаллическая сингония и т.д. Химический анализ в поле обычно не проводится, потому что в полевых условиях почти невозможно отличить химию собственно минерала и сторонних примесей, которые он может включать в себе в разных видах.
                                                                                                  ЗЫ: Бисквит это обломок керамики, на сломе которой чертят минералом. Цвет черты довольно часто отличается от цвета самого минерала.
                                                                                              +2
                                                                                              Любителям в принципе тоже ничего не мешает достаточно глубоко изучить какую-то интересующую тему. Да и с источниками во времена интернета проще, они зачастую вполне доступны, а широкой публике неизвестны только из-за принципа Неуловимого Джо.
                                                                                                +1
                                                                                                Насколько я могу судить со своей колокольни (как бывший ученый), предмет обычно обсуждается на уровне прилично выше любительского. Как любитель я информации много читаю сам, но рассуждать с приведением методик расчетов и сносок на серьезные научные труды вряд ли смогу. Хоть они и в открытом доступе. Мало знать, что все в открытом доступе. Надо найти нужные, понять, изучить. Обычно так делает только человек, который профессионально связан с темой, потому что это требует очень много затрат как времени, так и сил.
                                                                                                  +1
                                                                                                  Нуу, мне кажется, тут вопрос только в мотивации. Конечно, если у профессионала работа совпадает с любимым делом, то его на чистом любопытстве не обойти — у профессионала скорее всего профильное образование, постоянная и разнообразная практика, доступ к инструментам и к сообществу, а у любителя зачастую только горячее желание, велосипед, грабли, напильник и форум с вредными советами — по крайней мере сначала. Но если профессионал не заинтересован в своем деле, а просто на бутерброды отрабатывает, то и у любителя вполне есть шанс его обойти — по крайней мере в теоретической-то подготовке точно. А то и в практической области, если только там не требуется какое-то специфичное оборудование. Ядерную энергетику, ракетную технику и микроэлектронику, скажем, в гараже развивать тяжело (хотя некоторые граждане и тут ухитряются отдельные элементы отрабатывать).
                                                                                                    +1
                                                                                                    У профессионала еще систематические знания, которые он приобретал в ходе овладения профессией. И не только прикладные, но и фудаментальные. Любитель приобретает знания только в силу нуждаемости в них. Поэтому не способен многое увидеть изначально. Это я сам вижу по своему опыту. В геологической разведке много было местных любителей. И с неплохим знанием местности и особенностей локального географического строения. Но когда приезжали мы специалисты, мы сразу же видели многое то, что не видели знатоки-старики, которых нам давали «поговорить за жизнь, они много знают тут». И находили то, что никто за сотни лет проживания там и не подозревал. Систематические знания решают очень многое и имеют громадное преимущество. А приобрести их можно только в процессе овладения профессией. Хобби может стать профессией, если человек приобретает систематические знания. Но это уже не любитель.
                                                                                                      +1
                                                                                                      Да, вот отсутствие системности — это бич самообразования. Легко пройти мимо каких-то решений, причём иногда совершенно элементарных, и потом долго буксовать на ровном месте.
                                                                                                0
                                                                                                Я не являюсь профи в космонавтике, я вообще гуманитарий, но интересовался космонавтикой в детстве/юности. Вновь заинтересовался просто из желания отвлечься от своих проблем. В районе 2010 года столкнулся с феноменом SpaceX и стал за ним внимательно следить, применяя профессиональные навыки. В результате к 2012 мне стала понятна ущербность наших космических профи в отношении SpaceX и их перспектив, а дальше несколько лет изучения вопроса, наблюдения за программой COTS, изучение феномена «новых частников» и программ разработки ресурсов на астероидах, и сейчас меня сложно переспорить нашему космическому профи. Они, как сказал Козьма Прутков, часто подобны флюсу, полнота их знаний односторонняя. Понимая технику они многого не понимают в экономике и общественных отношениях, а именно здесь в космонавтике сейчас происходит революция.
                                                                                                  +1
                                                                                                  Не соглашусь с Вами в силу моих убеждений, о которых я написал в комментарии выше. И одно дело мочь, другое дело хотеть. У нас есть прекрасные профессионалы. Но учитывайте всегда, что они не могут делать то, что хотят. Им дают финансирование только на утвержденные программы. А вот утверждают далеко не всегда те, кто видит верные пути развития отрасли. Специалисты же делятся на две категории в моем понятии. Одни «подобны флюсу», другие являются специалистами, но владеют и энциклопедическими познаниями в разных областях. Я убедился, что чем дальше по времени отстоит обучение в высшей школе, тем оно более разнообразно. Я закончил свой ВУЗ 30 лет назад и вижу, что имею гораздо более широкий спектр знаний, чем учебные программы сейчас. А ученые еще дальше на два поколения (я их застал), обладали еще более широким спектром. И это помогало делать фундаментальные открытия. Прикладникам, решающим текущие задачи такие знания, наоборот, часто не требуются, а иногда даже мешают в работе. Прожив почти 20 лет на Западе я как раз познакомился с обоими видами специалистов, которые официально получали знания, как широкого спектра для будущих фундаментальных исследований, так и узких, но очень углубленных для решения прикладных задач. Оба вида необходимы для науки и государства. А вот любители все же стоят особняком. Они только любители. И вряд ли они смогут сделать не только больше, но даже наравне со специалистом.
                                                                                                    0
                                                                                                    Отчасти я с вами согласен, отчасти — нет.
                                                                                                    Во первых, наша космическая индустрия очень тесно переплетена с военкой, а тем совершенно не важны экономические параметры. А сейчас именно они выходят на первый план. В результате получается анекдот — в ТО на Ангару напрочь отсутствовала экономическая часть, на какой рынок ракета рассчитана, сколько запусков в год и так далее. Во вторых, ценообразование в отрасли остаётся советским — есть нормочасы, есть утверждённый ФОТ основного производства, есть норма накладных расходов — тысячи процентов! — в результате плановая себестоимость и на всё это нормированная прибыль…

                                                                                                    В результате получается анекдот — многие специалисты космической отрасли в принципе не понимают, зачем нужна пилотируемая космонавтика. Это следствие того, что наша космонавтика под пятой военки, которым нужны ракетчики, но не нужны космонавты. Вы же знаете, что у нас происходит с наукой, с АН, в частности. В нормальной ситуации АН получает деньги, заказывает КА у промышленности, Гидромет получает деньги, заказывает КА…

                                                                                                    У нас же Роскосмос сам у себя заказывает, сам для себя делает, сам перед собой отчитывается. Посмотрите недавнюю запись с нашего заседания Роскосмоса по развитию коммерческих услуг — там Роскосмос обращается к частникам «дайте нам денег»! В то же время НАСА поступает наоборот — она даёт заказы частникам.

                                                                                                    Дело не в том, что любители могут сделать больше — я такого не говорил. Я говорю, что при сложившейся (и не только в Роскосмосе, в стране в целом) системе отношений перемен к лучшему быть в принципе не может, здесь е помогут самые лучшие специалисты.

                                                                                                    Извините за дерганое изложение. К сожалению, это следствие того состояния развала и хаоса, которое я наблюдаю перед собой.Я не вижу возможности улучшить ситуацию без нового, и очень болезненного кризиса, и, повторю, это не только Роскосмоса касается. Всё развалится в любой момент.
                                                                                                      0
                                                                                                      В принципе, Вы сами и ответили на свой вопрос. Специалисты тут ни при чем. И любители тоже. Дело в организации и управлении отрасли. А это имеет важное значения абсолютно для любого вида человеческой деятельности. Насчет плохого управления я с Вами согласен.
                                                                                                        0
                                                                                                        Дело в организации и управлении отрасли.
                                                                                                        Не отрасли — страны. И это не «плохое управление», просто цель у людей, захвативших власть в стране, совсем не благо большинства её жителей.

                                                                                                        И нельзя сказать, что здесь «специалисты не причём». Как жители страны не привыкли отстаивать свои интересы, так и специалисты не привыкли отстаивать своё мнение. Можно по пальцам одной руки пересчитать случаи, когда специалист встал, сказал, что не согласен, а открыто в СМИ или в отдельой книге сказал, с чем он не согласен и почему. Книга одна — «20 лет бесплодных усилий», да несколько интервью космонавтов.

                                                                                                          +1
                                                                                                          Вы знаете, это уже политический вопрос, а я бы не хотел открывать такую полемику на этом ресурсе. У меня свое особое мнение на этот счет. Но я дискуссию в этом ключе не поддержу и вам не советую.
                                                                                                          Давайте не будет обсуждать правительство и их решения. Для этого есть другие площадки. Здесь, как я понимаю, делятся знаниями, которые и обсуждаются. Знаниями научными и прикладными. Но не политическими. И я это поддерживаю.
                                                                                                          Замечу, что я всегда отстаивал свое мнение, как специалист. За что получал в итоге потом серьезные результаты и быстрое карьерное продвижение в НИИ. Имею авторские свидетельства, патенты. И никогда не молчал на ученом совете или у руководства нашего НИИ, как Вы пишете)))
                                                                                                0
                                                                                                Жаль мы вряд ли дождемся результатов(((
                                                                                                  0
                                                                                                  Максимально близко к Солнцу зонд приблизится в 2024-м image
                                                                                                    –2
                                                                                                    А еще данные назад сколько будут идти? Столько же? Хотя 12 лет я подождал бы)))
                                                                                                      +3
                                                                                                      Извините, а данные в каком виде вы ожидаете? Образцы солнечного грунта что ли? Для байтиков вроде как есть способы побыстрее
                                                                                                  +1
                                                                                                  Русская трансляция пуска миссии к Солнцу
                                                                                                  • Delta IV Heavy | Parker Solar Probe

                                                                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                  Самое читаемое