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派克太阳探测器

美國繞日探測器

派克太阳探测器（英语：Parker Solar Probe，缩写：PSP）又译帕克太阳探测器，简称派克号或帕克号，旧称太阳探测器（Solar Probe）或太阳探测器 +（Solar Probe Plus 或 Solar Probe+）[8]，是NASA于2018年发射的无人航天器，其任务是反复的探测和观察太阳的外日冕[3][9][6]。它将在2025年最接近太阳，与太阳中心距离仅有9.86太阳半径（690万公里或430万英里）[10][11]，届时的速度高达690,000 km/h（430,000 mph），或是光速的0.064%[10][12]。

派克太阳探测器
较大的遮阳板带有连接到总线的数码模型。两个小太阳能电池板连接到有着4个后置天线载具的主体。
派克太阳探测器的电脑模型，左方隔热罩在朝向太阳时有保护作用
名称Solar Probe（2002年之前）
Solar Probe +（2010-2017年）
Parker Solar Probe（2017年起）
任务类型太阳物理学探测器
运营方NASA · 应用物理实验室
国际卫星标识符2018-065A
卫星目录序号43592
网站parkersolarprobe.jhuapl.edu
任务时长预定6年321天
目前已运作6年4个月又8天
航天器属性
制造方应用物理实验室
发射质量685千克（1,510磅）[1]
干质量555千克（1,224磅）
有效载荷质量50千克（110磅）
尺寸1.0米 × 3.0米 × 2.3米（3.3英尺 × 9.8英尺 × 7.5英尺）
功率343 瓦（最接近太阳时）
任务开始
发射日期2018年8月12日
7时31分 UTC[2][3][4]
运载火箭德尔塔4号重型运载火箭 / Star-48BV（英语：Star (rocket stage)#Star 48）[5]
发射场卡纳维拉尔角SLC-37
承包方联合发射联盟
轨道参数
参照系日心中心
半长轴0.388 AU（58.0 × 106 km；36.1 × 106 mi）
近日点0.046 AU（6.9 × 106 km；4.3 × 106 mi）[note 1]
远日点0.73 AU（109 × 106 km；68 × 106 mi）[6]
倾角3.4°[6]
周期88 天[6]
太阳
转发器
频带Ka波段、X波段
徽章外圈是黄色的边框，在太阳旁边的是艺术家再现的派克号。"派克太阳探测器"的字样被放置在框的内侧，而"接触太阳的任务"字样以较小的字体书写在图像右下角。
派克太阳探测器官方徽章

这个计划在2009财政年度宣布，该专案的费用为15亿美元。由约翰·霍普金斯大学 应用物理实验室设计和制造的这艘航天器[13]于2018年8月12日发射[2]。它以芝加哥大学名誉教授，物理学家尤金·派克的名字命名，以表彰他对太阳物理学的贡献；这是NASA首次以在世人物的名字作为任务的正式名称[14]。

历史

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在天文科技公司（英语：Astrotech Corporation）进行灯条测试。
启动探测。

派克太阳探测器的概念源自20世纪90年代构思的前身：太阳轨道器。在设计和目标上类似，太阳探测器任务是NASA制定的"外行星/太阳探测器"（OPSP）计划的核心部分之一 计划的前三个任务是：太阳轨道器、冥王星和柯伊伯带侦察任务的冥王星-柯伊伯带特快车、和侧重于天体生物学，聚焦在欧罗巴的欧罗巴轨道器[15][16]。

最初的太阳探测器设计使用木星的重力助推进入绕极轨道，让轨道方向几乎垂直于太阳的赤道面。虽然这样可以探索重要的太阳极区，并且更接近太阳的表面（近日点在3-4太阳半径），但极端的太阳辐照变化，需要一台放射性同位素热电机来发电，使得任务极为昂贵。前往木星也是一个漫长的任务，要3+1⁄2年才首度接近太阳，第二次则是8年后。

在塞恩·奥基夫（英语：Sean O'Keefe）于2011年被任命为NASA的署长之后，美国总统乔治·布希提出的2003年美国联邦预算（英语：2003 United States federal budget）部分，使整个OPSP计划被取消[17]。署长奥基夫指出NASA必须调整其它的计划，以符合布希政府希望NASA重新关注"研究和发展，解决管理缺陷"的愿望[17]。

取消OPSP的计划，最初还导致新视野号也被取消，但该任务最终赢得了竞争，取代了前OPSP计划中的冥王星-柯伊伯带特快车[18]。这项继承OPSP计划概念的任务，最终成为新疆界计划启动的第一个任务。它经历一场漫长的政治角力，于2006年争取到启动该计划的资金[19]。

在2010年代早期，"太阳探测器"任务的计划被纳入一个低成本的"太阳探测器 +"[20]。重新设计的飞行任务，用更直接的飞行路径，可以透过太空中的太阳电池板（英语：Solar panels on spacecraft）供应电力，并多次的使用金星重力助推。它还有更远的近日点，减少了对热保护系统的需求。

在2017年5月，这艘航天器重新命名为派克太阳探测器以尊荣提出太阳风这个术语的天文物理学家尤金·派克 [21][22]。这个太阳探测器花费了NASA15亿美元[23][24]。应用物理实验室的工程师安德鲁·丹茨勒参与了这个专案计划，发射火箭也承载了他的献身精神[25]。

2018年5月18日，一张装有110多万人姓名的记忆卡被安装在一块匾牌中，放置在派克号的高增益天线下方[26]。这张卡上还包含派克的照片和他1958年的科学论文影本，在这篇论文对太阳物理学方面有重要的预测[27]。

2018年10月29日大约美东标准时间1:04，这艘航天器成为最接近太阳的人造物体。之前的纪录是太阳阿波罗2号在1976年创造的，距离太阳表面4,273万公里（2,655万英里）[28]。

2020年7月，帕克拍摄了金星照片。[29]2021年4月，帕克太阳探测器成功穿过太阳大气的最外层日冕[30]。

航天器

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热测试中的航天器。

"派克太阳探测器"是第一艘飞入太阳外日冕的航天器。它将评估太阳日冕中的等离子体和磁场结构与动力学，加热太阳日冕和推动太阳风的能量流，以及加速高能粒子的机制。

在近日点的太阳辐射强度约为650 kW/m2，或是在地球轨道的475倍[1][31]:31。为免于航天器的系统受到极端的高温和辐射伤害，设计了太阳盾来保护。太阳盾由强化碳复合材料（英语：Reinforced carbon–carbon）制造，安装在航天器朝向太阳的一侧，形状是六角形，直径是2.3米（7.5英尺），厚11.4 cm（4.5英寸）。它的设计让航天器能够承受大约1,370 °C（2,500 °F）的高温.[1]。

在进行广泛环境测试中的派克太阳探测器。

白色的氧化铝表面层可以让吸收减至最低程度。航天器的系统和科学仪表位于盾牌阴影的中心部分，直接来自太阳的辐射被完全阻挡掉。如果盾牌不在太阳和航天器之间，探测器将在几十秒内损坏并失效。由于无论在何处，与地球的无线电通讯至少大约需要8分钟，"派克太阳探测器"必须自主和迅速地行动，以保护自己。这将使用4个光感应器直接来检测与限制阳光的第一批痕迹，并引导反应轮（英语：Reaction wheel）的运动，使航天器能始终或再次置身于阴影中。根据专案科学家尼基·福克斯（NickyFox）所说，研究小组称其为"有史以来最自主的航天器"[8]。

飞行任务的动力主要来是太空中的太阳电池板（英语：Solar panels on spacecraft）（光伏阵列）。在距离太阳0.25 AU外使用的主光伏阵列，在接近太阳时会缩回在盾牌的阴影面内，只使用较小的第二组阵列提供航天器所需的电力。第二组阵列使用泵液冷却来保持太阳能电池板和仪表的工作温度[32][33]。

轨道

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自2018年8月7日至2025年8月29日期间的"派克太阳能探测器"轨迹动画
  派克太阳探测器 ·   太阳 ·   水星 ·   金星 ·   地球
。更详细的动画：请参阅 这个视频。

派克太阳探测器的任务多次使用金星的重力助推来逐渐减少其轨道的近日点，以达到最终距离太阳表面8.5太阳半径，即大约6×10^6 km（3.7×10^6 mi；0.040 AU）[34]。近7年来航天器根据预设的轨道7次飞掠过金星，以逐渐缩小总共绕太阳24圈的椭圆轨道[1]。根据预测，太阳辐射的环境会导致航天器的充电效应、材料和电子设备的辐射伤害以及电信中断，因此轨道是高度的椭圆，让在太阳附近停留的时间不致太长。

轨道需要发射时的高能量，因此使用德尔塔4号重型运载火箭作为发射载具，上面一节的火箭使用STAR48BV（英语：Star (rocket stage)# STAR-48）固体火箭发动机。行星际的重力助推将提供相对于日心轨道的进一步减速，这将创造在近日点的日心速度纪录[5][35]。当探测器在太阳附近绕行时，它的速度将高达200 km/s（120 mi/s），这将暂时成为速度最快的人造物体，几乎是目前纪录保持者，阿波罗2号的3倍 [36][37][38]。与轨道中的每一个物体一样，航天器在接近近日点时会加速，远离时减速。

任务

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于2018年发射的"派克太阳能探测器"。
 
总体目标是对地球所属的恒星，太阳—这个天体的认识。它除了引力之外，还释放出光和太阳风，对地球和太阳系产生巨大的影响。当航天器接近太阳时，它必须与这些力量抗衡。

科学研究

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从派克太阳探测器的轨道上可以看见的太阳视大小，与地球上看见的太阳视大小比较。

这次任务的目标是[31]：

  • 追踪加热日冕与加速太阳风的能量流动。
  • 确定太阳风源头的太阳磁场的动力学和结构。
  • 确定传输和加速高能粒子的机制。

调查

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为实现这些目标，这次的任务将进行五项主要的实验或调查[31]：

相关条目

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太阳观测航天器
航天器的设计

注解

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  1. ^ 任务规划的近日点是 9.5太阳半径，或距离太阳表面8.5太阳半径，但后来的文件都说9.86太阳半径。确切的值要到2024年第七次金星重力辅助之前才能做最后的确认。任务计划人员可能在这之前稍做修正。

参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Parker Solar Probe – Extreme Engineering （页面存档备份，存于互联网档案馆）. NASA.
  2. ^ 2.0 2.1 Chang, Kenneth. Parker Solar Probe Launches on NASA Voyage to 'Touch the Sun'. The New York Times. 2018-08-12 [2018-08-12]. （原始内容存档于2019-04-02）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Chang, Kenneth. NASA Delays Parker Solar Probe Launch. The New York Times. 2018-08-11 [2018-08-11]. （原始内容存档于2020-11-09）. 
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  5. ^ 5.0 5.1 Clark, Stephen. Delta 4-Heavy selected for launch of solar probe. Spaceflight Now. 2015-03-18 [2015-03-18]. （原始内容存档于2018-11-16）. 
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外部链接

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