Какие инструменты есть у солнечного зонда Parker

https://www.nasa.gov/content/goddard/parker-solar-probe-instruments
  • Перевод

Источник: The Bruce Murray Space Image Library

(Примечание переводчика: поскольку в комментариях к предыдущей статье неоднократно раздавались вопросы «а что вообще там можно наблюдать и как?», я решил дополнительно перевести статью об инструментах, которыми оснащён Parker)

Солнечный зонд Parker, предназначенный для работы в крайне экстремальных условиях, направится к солнечной короне, туда, где ещё не бывал ни один космический аппарат. Собирать данные об электрических и магнитных полях и различных частицах зонд будет при помощи четырёх основных приборов, каждый из которых специально спроектирован для того, чтобы выдерживать высокие температуры и радиацию.

FIELDS


(Electromagnetic Fields Investigation, исследование электромагнитных полей)


Источник

FIELDS предназначен для анализа того, что нельзя увидеть невооруженным взглядом — электрических и магнитных полей солнечной атмосферы, их параметров и конфигурации. Инструмент позволит фиксировать возникновение ряби и завихрений в глубине гелиосферы с крайне высоким разрешением, дав возможность установить взаимосвязь между характеристиками полей и такими явлениями как волны Россби, головные ударные волны и магнитные перезамыкания.

Датчики FIELDS представляют собой пять двухметровых антенн, четыре из которых выступают за пределы теплового щита и подвергаются воздействию температуры в 1370 градусов Цельсия, поэтому они изготовлены из ниобиевого сплава. Пятая антенна, расположенная в «тени» аппарата перпендикулярно плоскости остальных, помогает построить трёхмерную картину колебаний электрического поля в высокочастотном диапазоне. Благодаря им Parker может собрать данные как непосредственно, так и на большой дистанции. Антенны, находящиеся «на свету», работают в двух разных режимах, различая отдельно «медленный» и «быстрый» солнечный ветер — потоки частиц, постоянно выбрасываемые Солнцем.

Магнитные же поля FIELDS «ощущает» тремя магнитометрами, каждый примерно с кулак размером. Индукционный магнитометр SCM (Search Coil Magnetometer), выходное напряжение которого меняется в зависимости от магнитного потока вокруг, отслеживает изменение поля по времени, а два идентичных друг другу феррозондовых магнитометра MAGi и MAGo предназначены для оценки величины поля. MAG в основном будут использоваться на удалённых от Солнца участках траектории, где поле меняется плавно, а SCM, который снимает показания до двух миллионов раз в секунду, понадобится на низкой орбите.

FIELDS разработан в Лаборатории космических исследований Калифорнийского университета, Беркли (ведущий исследователь Стюарт Д. Бэйл).

WISPR


(The Wide-Field Imager for Parker Solar Probe, широкоугольная фотокамера)


Источник

WISPR или The Wide-Field Imager for Parker Solar Probe, с помощью которого предполагается получить изображения крупных структур, образуемых солнечным ветром и короной — единственный на Parker инструмент визуального наблюдения. Это устройство, габаритами примерно с обувную коробку, предназначено для фотографирования корональных выбросов (coronal mass ejections или CME), джетов и других эффектов потери вещества Солнцем. Так как зонд рано или поздно будет сталкиваться с этими явлениями непосредственно, собирая данные при помощи других систем, то фотографии пригодятся для того, чтобы понять связь между измеренными параметрами и наблюдаемой картинкой.

Чтобы избежать прямой засветки и сфотографировать корону, WISPR расположат за тепловым щитом, а то небольшое количество света, которое может попасть в камеру из-за дифракции на кромке щита или переотражения на других поверхностях зонда, поглотят специальные бленды и ширмы.

В качестве чувствительного элемента в WISPR используются две радиационно-стойких КМОП-матрицы с активными пикселями, которые легче и потребляют меньше энергии, нежели ПЗС-матрицы. Кроме того, на такие матрицы меньше воздействуют космические лучи и другие высокоэнергетические частицы, что весьма актуально поблизости от Солнца. Линзы камеры изготовлены из применяемого в орбитальных телескопах радиационно-стойкого стекла BK7 и дополнительно защищены от космической пыли.

WISPR, как и связанная с ним программа экспериментов, разработаны в Отделе физики Солнца и гелиосферы Военно-морской исследовательской лаборатории, Вашингтон (ведущий исследователь Рассел Говард).

SWEAP


(Solar Wind Electrons Alphas and Protons investigation, исследование частиц солнечного ветра)


Источник

SWEAP, или Solar Wind Electrons Alphas and Protons investigation, состоит из двух взаимодополняющих друг друга инструментов, Solar Probe Cup, он же SPC, и SPAN, он же Solar Probe Analyzers. Эти устройства позволяют довольно точно подсчитать количество наиболее характерных для солнечного ветра частиц — альфа (ядра гелия), бета (электроны) и протонов — а также измерить их параметры, такие как скорость, плотность потока и температура, и таким образом дополнить наши знания о солнечном ветре и коронарной плазме.

SPC, также известный как цилиндр Фарадея, представляет собой металлическую ловушку для заряженных частиц, установленную в вакууме, и тоже должен выдерживать продолжительное воздействие Солнца, так как находится за краем теплового щита. Конструктивно он представляет собой ряд легкопроницаемых сеток, на каждую из которых подано высокое напряжение разной величины для того, чтобы отсортировать частицы по типам, и коллекторных пластин, которые определяют характеристики попадающих по ним частиц. Также сетки отфильтруют фоновый шум, вносящий ошибку в измерения, вроде космических лучей и фотоионизированной плазмы. Вероятно, в процессе работы электроды будут разогреваться примерно до 1600 градусов Цельсия, поэтому изоляторы сеток сделаны из сапфира. Каждую секунду SPC производит 146 замеров в солнечной плазме, чтобы определять её плотность, скорость и температуру.

SPAN в свою очередь собран из двух блоков, SPAN-A и SPAN-B, каждый из которых имеет довольно широкий сектор захвата, позволяя обнаруживать частицы, не замеченные SPC. Каждая частица, захваченная любым из блоков, попадает в своеобразных лабиринт из отражателей и электродов, сортирующих поток по заряду и массе. SPAN-A может работать как с электронами, так и с ионами, в то время как SPAN-B — только с электронами.

SWEAP большей частью разработан в результате сотрудничества Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже, Массачусетс, и Лаборатории космических исследований Калифорнийского университета, Беркли (ведущий исследователь Джастин Каспер, Мичиганский университет).

ISʘIS


(The Integrated Science Investigation of the Sun, интегрированная система исследований Солнца)


Источник

ISʘIS (произносится как «изис», кружок в середине — астрономический символ Солнца) также представляет собой два взаимосвязанных инструмента для комплексного исследования солнечных частиц в широком диапазоне энергий. С помощью ISʘIS можно изучать электроны, протоны, ионы — и узнавать, откуда они взялись, каким образом ускорились и как выбрались за пределы Солнца. Блоки системы называются EPI-Lo и EPI-Hi (EPI, Energetic Particle Instrument — инструмент по изучению высокоэнергетических частиц).

EPI-Lo анализирует спектр электронов и ионов, позволяя таким образом выделить углерод, кислород, неон, магний, кремний, железо и два изотопа гелия, Не-3 и Не-4 — по последним из-за характерной разницы между ними заодно можно будет проверить несколько различных гипотез о механике ускорения частиц Солнцем. Прибор чем-то напоминает морского ежа — восьмигранный купол, на котором расположены 80 окошек, каждое размером с небольшую монету; за счёт этого достигается широкое поле обзора. За каждым окошком находится две композитных плёнки (углерод-полиимид-алюминий) и полупроводниковый детектор в виде микроканальной пластины. При столкновении с каждой плёнкой частица выбивает электроны, которые затем улавливаются пластиной; определив полученное после столкновения количество энергии и время прохождения между плёнками, можно выяснить вид частицы.

EPI–Hi работает с частицами бОльшей энергии, нежели EPI–Lo, и использует для этого три раздельных датчика, каждый из которых представляет собой комплект послойно расположенных детекторов. Детекторы изготовлены из ультратонких слоёв кремния и разделены на сегменты, что позволит как определить траекторию частицы, так и снизить фоновый шум. Идентификация частицы осуществляется по тому, насколько глубоко она пройдёт через слои и насколько ионизирует каждый. Предполагается, что EPI–Hi на наиболее близких к Солнцу участках орбиты сможет идентифицировать до ста тысяч частиц в секунду.

Благодаря совместной работе этих двух подсистем, ISʘIS позволит уточнить данные, полученные от SWEAP.

Программу ISʘIS ведёт Принстонский университет в Принстоне, Нью–Джерси (ведущий исследователь Дэвид МакКомас), а основные компоненты установки произведены в Лаборатории прикладной физики им. Джона Хопкинса в Лореле, Мэрилэнд, и Калифорнийском технологическом институте в Пасадине, Калифорния. Также огромный вклад в создание ISʘIS внесли Юго–западный научно–исследовательский институт в Сан–Антонио, Техас, и Центр космических полётов NASA им. Годдарда в Гринбелте, Мэрилэнд. Центр обработки данных ISʘIS будет располагаться в Нью-Гэмпширском университете в Дареме.

HeliOPSP


(The Heliospheric Origins with Parker Solar Probe, природа гелиосферы)

Нет, это не отдельное устройство, а программа по изучению природы и происхождения гелиосферы, которую будет вести Калифорнийский университет, Лос-Анджелес (ведущий исследователь Марко Велли).
  • +31
  • 5,5k
  • 7
Поделиться публикацией
Комментарии 7
    +1
    Интересно, когда зонд отработает свою миссию — его погрузят в Солнце? И ещё вопрос: Солнце ведь является мощным источником радиопомех. Как будет осуществляться связь с Землёй?
      +1
      Для достижения поверхности Солнца придётся значительно изменить его скорость. Не думаю, что стоит на это надеяться.
        +1
        Интересно, когда зонд отработает свою миссию — его погрузят в Солнце?


        Нет. В этом нет необходимости. И главное — это очень дорогое удовольствие (в смысле — энергозатратное).
          +1
          Он вряд ли кому-то будет мешать на такой орбите, так что просто могут оставить его там
          Но если потребуется его всё-таки уничтожить, то проще всего будет развернуть тепловым щитом от Солнца.
            0
            Но если потребуется его всё-таки уничтожить, то проще всего будет развернуть тепловым щитом от Солнца.


            Он выйдет из строя (не будет работать). Но не будет «уничтожен»
              +1
              Да, вы правы
              Я сначала подумал, что 1370 градусов хватит, чтобы постепенно испарить зонд в вакууме
              Но потом перечитал статью, в которой указаны материалы, использовавшиеся для изготовления его компонентов, и понял, что это займёт слишком много времени
          0
          Просто отличная статья с техническими подробностями и крутыми фоточками, жалко, что она вышла только сейчас, а то я б её тоже взял на перевод.

          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

          Самое читаемое