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探测器表面一百万度最耐热材料只能四千度究竟用了什么材料?

发布时间: 2023-11-16 20:25:11 |   作者: 服务案例

  帕克探测器是 NASA 在 2018 年发射的太阳探测器,其任务是反 复的探测和观察太阳的外日冕,它是一颗饶日的探测器,将在 2025 年 最接近太阳,最近时距离仅为 640 万千米,只有 10 个太阳半径不到, 所以它已经极度靠近太阳。

  这个位置是太阳的外层大气所在区域,温度至少有 100 万摄氏度, 帕克太阳探测器如何耐高温?它在朝着太阳方向有一个碳-碳复合材料 组成的防护罩,中间还有一层 11.5 厘米的泡沫碳夹层,朝着太阳的一 面还有反射率极高的陶瓷材料!

  但所有一切的手段,在周围都是高密度高能物质包围时候,就全 都失效了,就像肉丢进了热水里一样,不过电子简并态材料即可在太 阳内核的温度下保持固体,而不至于变成等离子体!当然上文所说的 中子星物质也能的!

  但只要将手伸入开水,在人反应的时间内,绝对会被烫伤,而且 很严重!所以帕克探测器所在位置的粒子温度虽然很高,但密度极低, 所以它不会被太阳晒死,而帕克受到的主要是辐射,在强大阳光的辐

  因此帕克探测器加装了那么多装备,能绝热的温度也只有 1370℃, 再高它也撑不住了!

  有更好的方法,能让探测器能耐高温吗? 传导、对流和辐射是热传递的三种方式,在接触太阳高密大气之 前,传导和对流可忽略,唯一需要仔细考虑的是辐射!这种绝热方式主 要还是基于帕克探测器的绝热技术: 1、镜面反射,将绝大部分能量反射回去 2、耐热材料,剩余吸收的能量必须要耐热材料承受 3、防止传导,避免吸收的能量传递到探测器本身 3、散热,热量积聚也是一个麻烦事,所以散热很重要 尽可能地选择高反射率的材料,毕竟镜面反射,天文望远镜上有一种 电泳镀膜的高反平面镜,反射率可达 99.7%以上,但事实上,在 660 万千米的位置,其辐射功率是地球赤道上的 516.5 倍,即使如此其遭 受的辐射强度也是地球上 1.55 倍!

  而且高反平面镜镀膜不耐高温,所以这仍然是不是很好的出路, 因此在帕克探测器上使用的是极耐高温的陶瓷材料,但很明显帕克探 测器的 1370℃也已经到了强弩之末,再往上也十分艰难了!

  哪些材料有几乎 100%的反射率呢?很抱歉没有,至少以人类制 造的材料中是不存在Βιβλιοθήκη Baidu,不过《三体》中的水滴强作用力材料为大家 开拓了一条思路,利用质子紧密排列形成的最光滑表面,它是反射率 最高的材料,很可惜我们现在无法制造!

  防护罩总直径达到了 2.4 米,将整个探测器挡在身后,隔绝了太阳 强大的光辐射,而这个防护罩却只有 72.5 千克,必须得说 NASA 还真 有点真本事,躲在防护罩后的整个探测器温度不超过 30℃,当然除了 被动隔热外,还有去离子水循环,防止局部温度过高!

  帕克探测器能耐热 100 万摄氏度,这太阳表面区区 5500K 算个毛 呢?但其实然并卵,我们肯定有这样的经验,开水只有 100℃,燃烧 普通煤炉温度至少也超过 600-700℃,但快速将手伸到火焰附近然后 在抽离,绝不会烫伤!

  防止传导的材料,多孔泡沫材料无疑是最佳选择,在帕克探测器 中用的泡沫碳就是最佳材料,如果绝热不理想,那就能再加厚一点, 绝热不够,厚度来凑!

  最后散热,水的热比容比较大,更适合用来作为散热剂,当然 要求快速散热的场合也能选用其他密度更低但导热快的液体,比如 液氦超流体?但事实上根本不适合在太阳附近散热!

  防护罩总直径达到了24米将整个探测器挡在身后隔绝了太阳强大的光辐射而这个防护罩却只有725千克必须得说nasa还真有点真本事躲在防护罩后的整个探测器温度不超过30当然除了被动隔热外还有去离子水循环防止局部温度过高

  太阳的表面超过 5500K,内核温度超过 1300 万 K,这个温度下地 球上可能没任何物质挡得住,但事实上帕克太阳探测器就在非常靠 近太阳的地方执行任务,那么从理论上看,能不能找到一种材料可以 经受住太阳的热量呢?

  很多朋友一想到耐热,就去寻找熔点最高的材料,当然这绝对不 算错,比如金属单质元素中熔点最高的是钨,熔点达到了 3422 ℃,如 果除开金属的话,那么碳无疑是熔点最高的元素,单质碳能承受住 3627 ℃的高温,但随后就会升华!

  人类迄今为止制造的最耐热的材料是五碳化四钽铪(Ta4HfC5), 它的熔点为 4215 ℃,当然这个温度距离 5500K(开氏度(K) = 摄氏度 273.15)还很远呢,所以地球上没有一点物质能经受住太阳的近距