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太陽の大気圏を飛ぶ宇宙船の舞台裏


アップデート、2018年8月11日、午前8時:NASAは、パーカーソーラープローブの打ち上げを8月12日日曜日の朝まで延期し、新しい打ち上げウィンドウは午前3時31分に開始します。 探査機は土曜日の日の出前に打ち上げられる予定でしたが、宇宙船のDelta IV重ロケットのヘリウム圧力異常を伴う不具合のため、計画は打ち上げの数分前にスクラブされました。 プローブが2018年にその旅を始めることができる最新のものは8月23日で、それは太陽に到達するために金星のフライバイに依存しているからです。 それ以外の場合、プローブは来年5月に起動します。

8月11日に打ち上げ予定のパーカーソーラープローブは、人類にとって最も近い星との初めての接触となります。

星の焼け付くような温度がその表面の詳細な研究を妨げたため、以前の宇宙船は遠くから太陽を賞賛してきました。 現在、最先端の熱保護システム(世界で最も技術的に進んだサンバイザーを含む)を装備したパーカーソーラープローブは、歴史を刻む予定です。

プローブの7年間のミッションにはいくつかの目的があります。 最初に、プローブは太陽風に関するより多くの情報、つまり太陽の表面から放出されるプラズマと粒子の流れを収集します。 これらの風は、星から投棄されると、毎秒約250マイルの速度に加速します。 宇宙に入ると、彼らは数億マイルを旅し、絶え間ない流れで地球を過ぎ去ります。 私たちがバフェッティングを感じない唯一の理由は、地球の磁場です。これは、流れる川のボルダーのように風をそらします。 しかし、風が最終的に太陽の引力からどのように離脱するのかは謎のままです。

この特定の一連の調査は、私たちの最も近い星を長年愛好してきた人たちに当たります。 太陽風は、1950年代後半にプローブの同名の物理学者ユージンパーカーによって最初に記述されました。 現在、パーカーは91歳で、60年以上の科学的調査の答えをまだ聞いているかもしれません。

第二に、日食の間に肉眼で見える混oticとした渦巻く外気である太陽コロナに最初に接触するのはプローブです。 何らかの理由で、コロナは周囲の頭部よりも高温のハローであり、最高で華氏200万度の温度で燃え上がります。これは、太陽の(多くの場合、揮発性の)表面温度の華氏約10, 000度(フェア、まだ公園内を歩いていません)。 それは聞こえるほど直観に反します。ちらつきのあるろうそくから手をさらにけいれんさせて、さらに焼け焦げを感じます。

第三に、プローブは太陽の表面から離れた高エネルギー粒子の加速を調査します。 最速の粒子は太陽風をほこりの中に残し、毎秒100, 000マイル以上の速度で燃え上がります(光の速度を侵食することもあります)。 実際、これらの粒子はしばしば、太陽フレア(太陽の表面から爆発するエネルギーのまばゆいほど明るいスポット)やコロナ質量放出(太陽から噴出するプラズマの燃えるような噴出)などのイベントに関連付けられています。地球上の停電。 科学者たちは、プローブのベンチャーが、揮発性コロナが太陽風とこれらの高エネルギー粒子の両方を宇宙に浮かせる方法を知らせることを望んでいます。

「私たちはこのミッションを60年待っていました」と、パーカーのソーラープローブのプロジェクト科学者、ニコラフォックスは言います。 「コロナが過熱していることを発見して以来、科学者を悩ませてきた質問に答えています。 真の発見の旅です。」

写真家のマイケル・ソルリは、科学者たちが実際に活動しているのを見る舞台裏の機会を独占的に持っていました。 「私は、科学者が「あるべき」というステレオタイプを超越するのに役立つユニークな方法で視覚的な側面を探します」と彼は言います。 「人の鳩の穴の科学者。 その障壁を打ち破りたい。」(©michael soluri / michaelsoluri.com) 左から技術者のトニー・アハン、機械エンジニアのケレス・ゴージとダニエル・イービー、熱シールドのリード・エンジニアのベッツィ・コンドン、システム安全エンジニアのチップ・デルマー。 (©michael soluri / michaelsoluri.com) プローブの輸送コンテナーの1つ。 熱シールドは実際には可燃性ですが、酸素が存在する場合にのみ、太陽のコロナにはほとんどありません。 しかし、ここ地球では、予防策を講じる必要があります。 (©michael soluri / michaelsoluri.com) 「宇宙探査の背後にある人間性を見たかったのです」とSoluri氏は言います。 「彼らの精密感は並外れています。 クラフトが関係していることを示しており、日常的なことではありません。」(©michael soluri / michaelsoluri.com) 機械エンジニアのジム・フーチェソンは、太陽風に関連して太陽から流れる低エネルギーの粒子を測定する、パーカーのソーラープローブの高エネルギー粒子測定器(EPI-Lo)のセンサーウェッジを保持しています。 「これらの人々は、宇宙を探索するチームとして働いて、並外れた素材で並外れた仕事をします。」とSoluriが付け加えます。 (©michael soluri / michaelsoluri.com) 地上処理中の汚染や損傷から保護するためにレードームで覆われたパーカーソーラープローブの高ゲインアンテナ。 (©michael soluri / michaelsoluri.com) プローブの構造の背後にある科学者たちは、愛情を込めて「8フィートのフリスビー」と呼んでいます。厚さ4.5インチ、160ポンドのパーカーソーラープローブは、最も経験豊かなフリスビープレーヤーにとっても重宝します。 (©michael soluri / michaelsoluri.com) 元小学校の教師であったアネット・ドルボウは、キャリアの途中で電子機器に夢中になり、コースを変更することに決めました。 過去21年間で、彼女は13のNASA衛星の建設に携わってきましたが、パーカーソーラープローブは統合およびテストリードとしては初めてです。 「これは私がこれまで参加した中で最も難しいミッションの1つです」とドルボウは言います。 「しかし、それは間違いなく私のキャリアの最大の集大成です。」(©michael soluri / michaelsoluri.com) パーカーソーラープローブの熱シールドのリードエンジニアであるコンドンは、太陽の焼けるような熱からプローブの機器を保護する、160ポンド、4.5インチ厚のカーボン複合材の設計を支援しました。 「私の旅の一部は、科学を行う人々を人間化し、彼らをユニークな世界の人々として明らかにすることです」 (©michael soluri / michaelsoluri.com)

探査機は地球と太陽の間の93百万マイルの隙間を埋めなければなりませんが、その軌道は正確には直接ではありません。 地球から打ち上げられた宇宙船は、惑星自体と同じ前方運動量で開始するため、探査機は地獄に向かってまっすぐ進むことができません。 代わりに、プローブは次の7年間を太陽の周りの楕円を引き締めるゆっくりとしたワルツに費やし、通過する年ごとに自身とその激しいダンスパートナーとの間のギャップを狭めます。 コースを継続するために、パーカーソーラープローブの熱シールドのリードエンジニアであるベッツィーコンドンが「ハンドブレーキターン」と比較する宇宙船惑星サシェで、パーカーソーラープローブが金星とヒッチハイクすることがあります。 、プローブはその経路を安定させ、方向を変えることができます。

探査機の旅は、2024年後半に恒星への最終アプローチに至り、その間に太陽の表面から383万マイル以内に到達します。 これはまだ遠いように聞こえるかもしれませんが、これはどの宇宙船もこれまで太陽に近かったよりも7倍近く、地球とその星の間の距離の約96%を閉じます。 さらに、これは、craft熱するコロナ内に宇宙船をしっかりと植え付けます。

それが熱シールドの出番です。設計はほぼ10年の歴史があり、プローブとその画期的な旅の火傷の危険の間に立つすべてのものです。 しかし、この作業は1400ポンドの宇宙船に太陽の帽子をかけることよりもやっかいです。

わずか4.5インチの厚さの熱シールドには、実際には97パーセントの中空のスクイーズカーボンフォームコアがあり、構造を空気サンドイッチのようなものにします。 それでも、チームの愛情のこもった「8フィートのフリスビー」という愛称は160ポンドです。 どちらの側にも、実際には加熱するとより頑丈になるカーボンコンポジット製の2つのパネルがあります。 さらに、太陽に面する側は、太陽の熱のほとんどを放散する特殊な白い塗料でコーティングされ、下の壊れやすい器具を保護します。 塗料は本質的にこれまでに発明された中で最も頑丈な日焼け止めであり、スポットを見逃さないことが重要です。

プローブの最も近いアプローチでは、シールドの上部は、感謝祭の七面鳥を焼くのに必要な温度の7倍以上の華氏約2500度で焼きますが、それでも周囲を考えると驚くほど肌寒いです。 矛盾は、コロナの大気中の粒子の拡散に関係しています。プローブが経験する熱の大部分は、実際には太陽の表面(比較的肌寒い)から発せられ、数百万マイル離れて煮えています。 「オーブンに手を入れても火傷しません」とコンドンは説明します。 「それは表面に触れたときだけです。」

この巨大な温度に耐えるため、「ジャイアントフリスビー」はプローブの残りの部分を(ぬるま湯の)キュウリと同じくらい冷たく保ちます。 シールドの裏側は華氏600度のままで、プローブのバス内に隠された器具は華氏85度前後のままです。 敏感な電子機器が影に隠れるようにするには、熱シールドを常に太陽に向ける必要があります。 一歩間違えると、数秒で待望のミッションを終了できます。

しかし、チームは予防措置を講じてこの可能性を排除しています。 7つの専用センサー(「ソーラーリムセンサー」と呼ばれることもあります)が宇宙船を取り囲み、プローブの光への露出を常にサンプリングします。 宇宙船が不安定な位置に傾くと、センサーが保護応答をトリガーして、プローブの角度を迅速に修正します。 プローブには液体冷却システムも付属しており、5リットルの加圧水で充填され、機械に沿った小さな静脈に沿って細かく流れ、動作可能な周囲温度を維持します。 チームの細心のエンジニアリングは、宇宙船の隅々まで行き届いています。 「彼女は基本的に自分の面倒を見る」とフォックスは言う。

パーカーのソーラープローブの統合およびテストリードであるアネット・ドルボウは、「最も自律的な宇宙船」がこれまでに製造されたため、プローブは多くの機械を比較的小さなパッケージに詰め込む必要があります(プローブは小型車のサイズです)。 宇宙船が打ち上げられると、地球上の世話人との関係は実質的にすべて切断されます。つまり、今後7年間にわたって自分自身のために戦うのはこの厄介な調査次第です。 2012年10月以来、ドルボウは安全な通過を確保するために、不安な親のようにプローブを愛情を込めて騒ぎ立てています。

ニコラ・フォックス博士©soluri_IS4A0085.jpg 写真家マイケル・ソルリによると、プロジェクト科学者のニコラ・フォックスは、91歳の物理学者ユージン・パーカーにちなんで、パーカーの太陽探査機の命名に手を携えていた。 (©michael soluri / michaelsoluri.com)

もちろん、プローブには未来的な日焼け止め以上のものがあります。それには、いくつかの深刻なビジネスがあります。 宇宙船は、その保護手段に加えて、太陽の表面から流れる高エネルギー粒子をすくい上げるように設計されたソーラープローブカップや、太陽に照らされた光景の写真を撮るための望遠鏡のセットを装備します。

そして、探査機は確かに、旅行中に秘めている豊富な太陽エネルギーを無駄にすることを計画していません。結局のところ、それは多くの太陽を見ています。 まだ星から遠く離れているとき、プローブは太陽パネルを広く照らし、星のエネルギー光線を吸収して機器に電力を供給します。 しかし、近づくにつれて、パネルは眠っている鳥の羽のように内側に隠れ、吸収する光の量を大幅に減らします。 最も近いアプローチでは、太陽の電力は、地球を周回する衛星が経験する475倍になります。これは、フォックスが言うように、システムの敏感な電子機器を圧倒する可能性のある「大量の電力」です。

Congdon、Dolbow、およびFoxは、NASAとJohns Hopkins Applied Physics Laboratoryの科学者、技術者、およびコーディネーターの多大な協力努力なしでは、プローブが一緒になってはならなかったことを断固として主張しています。 チームとその協力者は、数十年にわたる計画を人間の心から紙とPowerPointスライドに変換しました。これは今までにないメカニズムの具体的な偉業で完全に実現されました。

特に、Dolbowのグループは、プローブの構築に膨大な時間を費やしました。「ほとんどのプロジェクトでは、ハードウェアで300〜500時間かかることがあります」とDolbow氏は説明します。 「私たちはすべてのサブシステムで約5000時間働いていましたが…[チーム]はまだ微笑んでいます。 彼らは自分たちがやったことに誇りを持っています。」

プローブの打ち上げ後、Dolbowは彼女の空の巣に気付くかもしれないと冗談を言います。「終わった後、私は楽しみにしていない期間があります。 しかし、宇宙船が属する宇宙にいることは素晴らしいことです。 回復します。」

私たちの最も近い星である太陽は、これらの天体全体を理解するための最良の代理です。 さらに、太陽は地球上の私たちの存在の非常に重要な部分になっていますが、永遠に続く星はありません。 太陽の健康と気質のより明確な理解を得ることは、宇宙探査の未来だけでなく、私たち自身の惑星の生命の性質にも役立つでしょう。

「このミッションはすべてのほんの一部です」とフォックスは言います。 「それは歴史的であり、基本的な物理学を行っていますが、生命と社会全体に利益をもたらしています。」

数日後のローンチで、ドルボウは長年の努力がついに集まったことに驚嘆します。 「ここで私たちはチャンピオンシップゲームに参加しており、エンドゾーンに突入しようとしています」と彼女は言います。 「それはそんな家族になりました。」

プローブは今週土曜日、フロリダのケープカナベラル空軍基地を出発し、打ち上げ時間はEDT午前3時33分からです。 大気へのその波動は、まだ暗い空を照らします。これは、朝の昇る太陽に先立つ歴史的なフレアです。

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