【相關閱讀】美國NASA帕克太陽探測器接觸到太陽，人類史上首次壯舉
準確來說，美國宇航局的帕克太陽探測器是超出我的想象，這絕對是人類工程奇跡，甚至可以與詹姆斯韋伯太空望遠鏡齊名。我原本以為這只是一個普通的太陽探測器，幾十年前美國和歐洲都發(fā)射過類似的太陽探測器，但是……這篇文章我們直接切入正題，首先從帕克任務的難點開始。
1.太陽附近的環(huán)境非常惡劣，如果沒有足夠的安全熱保護系統(tǒng)，航天器將無法生存，同時，帕克還必須兼顧輻射問題。輻射帶來的問題遠比高溫更可怕，尤其是告訴太陽風粒子的活躍，太陽就是太陽風的起源，在太陽風粒子起源的地方轉悠，被粒子擊中的可能性將大大增加。
2.接近太陽也非常困難，在接下來的內容會具體講到。
帕克太陽探測器的主要任務就是對太陽日冕層粒子以及周圍環(huán)境進行數(shù)據(jù)取樣，以揭示太陽日冕是如何被加熱的，太陽風和太陽高能粒子是如何被加速的。50多年來，解決這些問題一直是恒星科學領域最重要的科學目標。在為期七年的任務中，帕克需要進行七次金星重力輔助加速，軌道異常復雜。不僅如此，帕克在巡航接近太陽的過程中還需要對太陽風的所有三形態(tài)（慢、快和瞬態(tài)）進行數(shù)據(jù)采樣，因為太陽風結構，磁場，粒子速度等等會隨著太陽活動的增加而日益復雜，美國宇航局在設計帕克軌道的時候就允許帕克對太陽高緯度太陽風粒子和赤道太陽風粒子進行擴展測量。
每個軌道有兩個周期，一個入站周期和一個出站周期，出站與入站統(tǒng)稱為快速徑向掃描，在這些稱為快速徑向掃描的時間間隔內，航天器將在多次“繪制”扇形區(qū)域，然后在規(guī)定的大徑向距離內對太陽風進行采樣。這些測量將產生更多關于太陽風結構對空間和時間依賴性以及它們如何在內日光層中合并的信息。
為了通過獲取關鍵數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)來回答地球軌道衛(wèi)星和其他行星際空間探測器觀測無法回答的問題，帕克太陽探測器必須足夠的接近太陽，這也是帕克和之前的太陽探測器最大的不同。想要接近太陽，畫好軌道，7次金星重力輔助還不夠，還有一個關鍵單位也必須達標——速度，這也是為什么帕克太陽探測器飛行速度這么快的原因，帕克是目前最快的人造探測器，甚至超越了新視野號和旅行者系列探測器。
另外我看到大家經常把帕克和美國與歐洲一起合作的另一個太陽任務搞混，太陽軌道探測器和帕克這兩項任務都是仔細地觀察太陽外層日冕結構的探測器。我們知道地球上看，日冕只有在日全食時才可見，那時月亮擋住了太陽最強烈的光線，露出了外層大氣的纖細、珍珠般的白色結構。
但是其實日冕并不像日全食時看起來那么微妙，日冕的許多行為都是不可預測的，帕克和太陽軌道探測器將一個遠，一個近的探索太陽日冕層。這次帕克發(fā)現(xiàn)太陽日冕的帶電氣體是由一系列物理定律驅動的，這些定律我們在地球上無法實驗。之前的一篇半專業(yè)文章為大家梳理了之前美國宇航局太陽任務發(fā)現(xiàn)的“之”字形太陽風磁場和S字形太陽風磁場，美國宇航局科學家們一直在研究讓帶電粒子和讓磁場跳舞扭曲的細節(jié)，知道這個可以幫助我們理解兩個關鍵問題：是什么使日冕比太陽表面熱得多，是什么驅使太陽風粒子不斷地以如此高的速度涌出。
美國宇航局科學家解釋說：“帕克太陽探測器和太陽軌道器采用不同的技術，但作為任務，它們是互補的。他們將同時拍攝太陽日冕的照片，他們將看到一些相同的結構，在太陽兩極發(fā)生了什么，在赤道上這些相同的結構看起來像什么。”
帕克代表人類，進入太陽日冕層，這不僅僅是一次突破，更代表著人類科學文明的最高水平，為什么這么說呢？讓我們任務難點，看看帕克太陽探測器本身。和詹姆斯韋伯一樣，帕克本身的存在就是藝術品，帕克一共攜帶了4套科學儀器，13個科學載荷，我只為大家介紹其中的一些，因為全都寫完的話太長了，也太多了，美國宇航局任務介紹寫的都沒我長……
首先是SWEAP，SPC（法拉第杯）和SPAN（太陽探頭分析儀）組成了SWEAP。法拉第杯不需要遮陽板的保護，它可以直接觀察航天器周圍的環(huán)境，并實時快速測量太陽風的整體特性。SPAN是航天器隔熱罩后面的一組三個ESA靜電分析儀，用于詳細測量離子和電子的三維速度分布函數(shù)。SPAN在航天器總線的兩側分為兩個模塊。SPAN-A位于航天器的右側，具有離子和電子ESA分析模塊，而SPAN-B位于航天器的左側，具有綜合系統(tǒng)ESA。SPAN-A、SPAN-B這兩個科學儀器有很多功能，比如它可以分析電子俯仰角分布、力矩，分析離子力矩，它還擁有全3D電子速度軟件功能，全三維離子速度分布函數(shù)分析功能，質子體積分析功能，VDF 2D離子建模分析儀等等。
而法拉第杯能夠以超過100Hz的速度對太陽風的流動角度進行及時測量，從而能夠測量回旋加速器頻率以上的離子波動，下面會具體說法拉第杯的制造過程。SPAN-A和B的電子視野覆蓋了全部天空，整個SWEAP套件就能夠檢測沿局部磁場流動的高能電子束，不管其方向如何，都需要AB的幫助。
美國宇航局很聰明，他們把SWEM的大部分用于SWEAP的航天器接口電子設備安裝在單個模塊中，以減少質量、簡化線束和接口，并減少接口邏輯、電源轉換器和其他通用服務的重復。SWEM允許與單一接口（DPU接口），DCB大概是160乘200毫米大小，6U-VME參數(shù)。法拉第杯，帕克太陽探測器的一大亮點，其他的參數(shù)我就不說了，十分復雜，它的系統(tǒng)噪聲級，SNR控件兒，HVPS系統(tǒng)等等，參數(shù)都是世界頂級，大概說一下美國宇航局是怎么制造的吧。
首先安裝在最上面的兩塊薄環(huán)形鈮板可以幫助法拉第杯直接暴露在1700攝氏度的高溫下，調制器和集電極組件由一種稱為鉬TMZY合金制造，我也不知道這是什么東西，沒查出來。之前太陽探測器任務一般用Delran絕緣體固定，還需要與調制器壁隔離，不過美國宇航局用合成藍寶石棒取代了過去的絕緣體。除此之外，美國宇航局幾十年前的太陽神B任務用的編織鎢絲網(wǎng)，現(xiàn)在換成了晶片激光蝕刻的單片網(wǎng)格所取代，這些新網(wǎng)格結構比舊的網(wǎng)格更堅固，舊的網(wǎng)格容易因斷絲而失效，而且制造時間很長。
之后就是和堆火箭似的堆疊每個子組件，然后用TZM板從背面密封。疊層是由鈮間隔環(huán)、單個網(wǎng)格和藍寶石間隔棒和環(huán)組成的，之后美國宇航局還會通過從調制器組件側面饋電結構的鈮絲將電傳輸至調制器柵極，并通過壓接和激光焊接連接至鈮環(huán)，這個時候高壓柵極就會夾在鈮環(huán)和鎢環(huán)之間。藍寶石封裝的電纜從調制器外殼的側面引出，與特殊定制的合金電纜連接。在這些電纜中，藍寶石管必須將電線與接地的鈮外管絕緣。
美國宇航局針對法拉第杯進行了熱模擬，頂部第一個模塊將承受1700C以上的溫度，調制器外殼壁將達到1000C。這溫度看著挺高，其實杯體向陽內側的部件相對較冷，電路板的溫度約為700C，集電外殼的背面溫度約為600C，這遠低于材料和部件的經過測試的極限溫度。
就差不多寫這些吧，太多了，法拉第杯，AB，也就說了三個科學儀器，還有十個科學儀器沒說，不過大家就算看這三個科學儀器也應該知道這家伙有多硬核啦……
未來帕克太陽探測器還會不斷飛越并進入太陽日冕層，希望未來帕克能給我們帶來更多關于太陽的數(shù)據(jù)，另外，因為是專業(yè)文章，我就不怎么配圖啦。
