Человечество «коснётся Солнца» самым быстрым космическим аппаратом в истории

Солнцепоклонничество – популярная тема в истории человечества, и недаром. Наш местный жёлтый карлик – глава нашего солнечного семейства, самое влиятельное тело в ближайшей от нас части космоса, а ещё он помог родиться всей жизни на Земле. Это самый серьёзный объект на многие световые годы вокруг, и он заслужил свою долю почтения.

Однако наше Солнце остаётся одним из наименее исследованных тел в Солнечной системе. В конце концов, трудно изучать мощный термоядерный реактор, который сожжёт человеку сетчатку, если просто посмотреть на него не так, как надо, не говоря уже об отправке космического аппарата, чтобы бросить вызов этому аду вблизи.

Знакомьтесь: Solar Probe Plus (SPP), миссия НАСА, находящаяся в разработке в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Этот робот-исследователь подберётся к Солнцу ближе, чем любой другой зонд до него, впервые в истории пролетев сквозь его корону – обжигающую атмосферу вокруг звезды. Он бросит вызов как обжигающим, так и крайне низким температурам, будет перемещаться быстрее всего, когда-либо созданного людьми, а также поможет взглянуть на нашу звезду – и испускаемый ею мощный солнечный ветер – с самого близкого расстояния в истории космических полётов.

Миссия, запуск которой назначен на лето 2018 года, являлась важнейшей целью космической науки ещё в те времена, когда НАСА даже не была создана, как сообщает научная сотрудница проекта SPP Никола Фокс.

«Мы ужасно долго ждали возможности прикоснуться к Солнцу, – рассказала мне по телефону Фокс. – Это последний крупный регион Солнечной системы, который посетит космический аппарат, и это важный регион, потому что Солнце является центром Солнечной системы и наша жизнь зависит от него. Оно тем или иным образом влияет на все планеты».

Читать больше: Как погода в космосе может повлиять на выборы на Земле

SPP должен пролететь сквозь внешнюю корону на высоте 8,5 радиуса Солнца (5,9 миллиона километров или 3,67 миллиона миль) над «поверхностью» Солнца, или фотосферой. Это в семь раз больше рекорда расстояния (27 миллионов миль), установленного зондом НАСА Helios 2 в 1976 году.

Если всё пойдёт по плану, робот, целующий Солнце, также станет самым быстрым рукотворным предметом в истории, обладающим орбитальной скоростью свыше 450,000 миль в час, что втрое превышает рекорд в 165,000 м/ч, недавно установленный орбитальной ступенью НАСА Juno. Для сравнения: если бы вам пришлось ускориться до безумной скорости SPP, вы могли бы пролететь от Филадельфии до Вашингтона за одну секунду. (Между тем, на скорости света за одну секунду вы бы облетели экватор нашей планеты почти восемь раз.)

Траектория полёта SPP. Изображение: NASA/JHUAPL

Космический аппарат будет сдерживать эту головокружительную скорость, семь раз облетев вокруг Венеры в течение семи лет, благодаря чему в итоге выйдет на постоянно сужающуюся орбиту вокруг Солнца.

«Это почти всё равно что плыть вокруг Солнца, как сёрфер на волне, – сказала Фокс. – Сёрферы не падают в океан, пока плывут достаточно быстро. Примерно этим мы и занимаемся. Мы пользуемся последовательными облётами вокруг Венеры, чтобы слегка замедлиться и сбросить немного энергии. Так что нам нужно семь шагов грациозно заходить внутрь Солнца всё глубже и глубже».

Эти повторяющиеся прыжки «ласточкой» сквозь корону будут подразумевать воздействие на SPP обжигающих температур в 2500 градусов по Фаренгейту (1377 градусов по Цельсию), при которых в норме зажарилась бы электроника и оборудование.

Именно здесь вступает в игру сложная система теплозащиты (СТЗ) зонда. Солнечный тепловой щит диаметром восемь футов и глубиной всего 4,5 дюйма сконструирован из легковесной углеродно-углеродной пены, зажатой между двумя лицевыми панелями.

Конструкция теплового щита SPP. Изображение: NASA/JHUAPL

«Нам нравится называть это гигантским фрисби, – сказала ведущая инженер СТЗ Элизабет Конгдон в интервью для Motherboard. – У нас были определённые строгие ограничения на тяжесть всего, поэтому один из стимулов состоял в том, чтобы понять, не только как сконструировать нечто, способное действительно сильно нагреться, но и как сделать так, чтобы это обладало достаточно лёгким весом, чтобы мы могли реально оторвать это от земли». Строительство самого быстрого космического аппарата в истории, заявила она, это «на самом деле игра с массой».

Внутренняя пена, на 97 процентов состоящая из воздуха, помогает щиту выполнять ограничения по весу в 160 фунтов. Пена также обеспечивает несущий слой для лицевых панелей и тепловой буфер для приборов зонда. Экстремальный жар на повёрнутой к Солнцу стороне эффективно рассеивается до комфортной среды с комнатной температурой на затенённой стороне.

Кроме того, СТЗ достаточно гибка и прочна, чтобы выдерживать экстремальные маятниковые сдвиги в температуре, которые SPP будет переносить после пересечения солнечной атмосферы и прежде чем унестись обратно в мороз на орбите Венеры.

Анимация приближения SPP. Видео: Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса/YouTube

«Мы на самом деле проводим испытания на жару и холод, – сказала Конгдон, описывая процесс проверки СТЗ. – Благодаря облётам Венеры мы 24 раза проходим такой цикл: жарко-холодно, жарко-холодно. Мы не только очень сильно разогреваемся, но и опускаемся примерно до минус 200 градусов по Фаренгейту. Это происходит 24 раза за семь лет. Это очень бурная жизнь».

Комплект приборов космического аппарата будет счастливо избегать вмешательства этих суровых условий, благодаря чему у них будет возможность сосредоточиться на измерении и наблюдении магнитных полей Солнца, плазмовых и энергетических частиц, а также динамики солнечного ветра, который является мощным потоком заряженных частиц, излучаемых Солнцем.

Поскольку зонд погрузится в ещё ни разу не исследованную внешнюю корону, ожидается, что эта миссия разрешит давние загадки, связанные с солнечным ветром. Космическая погода, полярные сияния, хвосты комет, жизнь на Земле и производительность электроники нашей цивилизации – всё это в огромной степени формируется солнечным ветром, поэтому нам необходимо лучше понять его капризы.

«С Солнцем и солнечным ветром связано несколько значительных тайн, – рассказала мне Фокс. – Одна заключается в том, что корона – атмосфера, заметная вокруг Солнца во время солнечного затмения, – на самом деле горячая поверхность Солнца. То есть это как бы нарушает законы физики. Этого просто не должно быть».

Кроме того, именно в этом необъяснимо жарком регионе солнечный ветер заряжается энергией настолько, что его больше не сдерживает сила притяжения Солнца, что является второй неразрешённой загадкой.

«То есть [солнечный ветер] как бы получает крупную инъекцию кофеина, а затем улетает и отрывается от Солнца, – разъяснила Фокс. – Эти два больших вопроса существуют уже более 100 лет, с момента открытия солнечного ветра, и никто не мог их объяснить».

Цель SPP – развеять этот томительный ореол вокруг нашей звезды и побить при этом несколько рекордов в области космических полётов. «Мы отправляемся в область, в которой ещё никогда не были», – сказала Фокс.

«В той зоне происходит нечто волшебное».

Подпишитесь на pluspluspodcast , новую программу Motherboard о людях и машинах, строящих наше будущее.

Исправление: В этом материале Элизабет Конгдон изначально упоминалась как руководительница группы испытаний материалов СТЗ. На самом деле она – ведущий инженер СТЗ.