«Паркер» будет обращаться по орбите с перигелием (самой близкой к Солнцу точкой) всего в 6,2 миллиона километров. Это очень близко: Земля удалена на 150, а Меркурий не подходит к звезде ближе, чем на 46 миллионов километров. При этом падающий на аппарат поток солнечных лучей возрастает обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому тепловая нагрузка на «Паркер» увеличится не в 24 раза по сравнению с земной (настолько сократится дистанция), а в 520 раз; во столько же вырастет радиационная нагрузка на электронные компоненты.
Защищать наиболее важные части «Паркера» будет специальный щит из углепластика, выдерживающий нагрев до 1300 градусов Цельсия. Щит расположен только с одной стороны, поэтому случайный сбой в системе ориентации аппарата приведет к его гибели менее чем за минуту — отсюда жесткие требования к надежности системы автоматического управления, так как времени на коррекцию положения «руками» с Земли просто не будет.
Спасти «Паркера» так, как спасали потерявшие ориентацию в пространстве другие научные аппараты — например, японский зонд «Хаябуса», вернувшийся от астероида Итокава с одним работающим двигателем и барахлящими гироскопами, — не получится. Он сгорит раньше, чем до Земли дойдет информация о проблеме.
Другое инженерное решение для борьбы с перегревом — водяное охлаждение солнечных батарей. Их также разместили под острым углом к потоку солнечных лучей: на таком расстоянии от Солнца они выдадут необходимую мощность даже при очень полого падающем свете.
Солнечная корона, внутрь которой нырнет аппарат, нагрета до миллионов градусов, что явно выше, чем проектные 1300 °C щита «Паркера». Ведущий инженер в ответственной за теплозащиту «Паркера» группе, Бетси Конгдон, поясняет: температура и поток тепла — это разные величины. Корона состоит из разреженной плазмы, поэтому передает аппарату не так много теплоты.
«В духовку, разогретую до 200 градусов Цельсия, можно ненадолго залезть рукой и не обжечься, поскольку воздух разрежен, — говорит Конгдон, — и солнечная корона ведет себя так же».
Кроме жестких температурных и радиационных условий новая солнечная миссия NASA примечательна тем, с какой скоростью она будет двигаться. «Паркер» будет разгоняться до 200 км/с — втрое быстрее предыдущего рекордсмена, тоже солнечного зонда, Helios-B. Достигнуть такой скорости планируется как за счет разгонного блока на старте, так и гравитационных маневров: пролетая мимо Венеры, «Паркер» получит дополнительный импульс. Правда, достичь экстремальной точки, с минимальным расстоянием до Солнца и максимальной скоростью, получится не сразу — в NASA предполагают, что аппарат совершит по меньшей мере 26 витков вокруг светила и только 22-й, в декабре 2024 года, будет с самым близким перигелием.
Но зачем?
«Паркер» не единственный рукотворный объект, который отправляется к Солнцу. Если оставить в стороне летавший к Меркурию зонд MESSENGER, то в ближайших планах космических агентств можно увидеть и европейский Solar Orbiter. Обсерватории же, специально предназначенные для наблюдения за светилом с чуть более безопасного расстояния, запускались практически с самого начала космических полетов — и не ради утоления сугубо научного любопытства.
Солнце — основной источник энергии на Земле, если не считать геотермальной и ядерной энергии. Активность Солнца, судя по историческим данным, не склонна резко меняться со временем, но случающиеся иногда вспышки и выбросы раскаленной плазмы приводят к заметным возмущениям магнитного поля планеты. Влияние магнитных бурь на здоровье, по всей видимости, заметно преувеличено, однако крупный геомагнитный шторм способен спровоцировать масштабные отключения электричества, не говоря уж о сбоях в работе спутников. Прогнозирование таких событий, пожалуй, самая важная практическая причина для исследования нашей звезды.
На борту «Паркера» установлены приборы для измерения напряженности электромагнитного поля Солнца и определения характеристики частиц, испускаемых звездой. Это позволит ответить на вопросы о взаимодействии солнечной короны с фотосферой, верхним слоем Солнца, понять, как зарождаются и разгоняются частицы солнечного ветра.
Наблюдения за короной изнутри позволят лучше представить конфигурацию магнитных полей, которые играют ключевую роль в физике Солнца, но наблюдать которые со стороны можно лишь по косвенным признакам, таким как движение выбрасываемых звездой протуберанцев, которые движутся вдоль силовых линий магнитного поля.
Детальной теории, которая бы полностью описывала процессы в верхних слоях атмосферы Солнца и короне, пока не существует. Поэтому изучение светила продолжается, а недостающие данные приходится добывать как наблюдениями издалека, так и полетами в экстремальных условиях.
Подобраться как можно ближе для того, чтобы добраться как можно дальше
Существует, впрочем, еще один повод лететь как можно ближе к Солнцу — исследование самых удаленных частей Солнечной системы и даже изучение экзопланет. Современные технологии не позволяют добраться до Плутона и транснептуновых объектов быстрее, чем за семь лет, а уж про облако Оорта, далекий источник долгопериодических комет на самой границе нашей звездной системы и говорить нечего — оно настолько далеко, что все еще можно сомневаться в его существовании, а полет к нему растянется на столетие.
Однако именно Солнце могло бы сократить эти сроки в разы, причем без разработки радикально новых технологий. Так, если верить расчетам десятилетней давности, солнечный парус, сделанный из бериллиевой фольги в форме диска диаметром около 1,9 км (это много, но в принципе реалистично), при собственной массе в 150 килограммов и такой же полезной нагрузке мог бы разогнаться до немыслимых по современным меркам 400 км/с, стартовав с отметки 15 млн км от Солнца, что в два раза дальше, чем перигелий «Паркера».
На такой скорости полет к облаку Оорта, на расстояние в 2500 раз больше радиуса земной орбиты, займет уже не столетия, а всего тридцать лет. Такой зонд можно будет отправить к Девятой планете (если она будет найдена), далеким астероидам и кометам (сколько их всего на задворках нашей планетной системы?), использовать для изучения межзвездного пространства и не только.
Одной из целей подобного аппарата мог бы быть гравитационный фокус Солнца. Солнце, действуя как гигантская линза за счет отклонения света в гравитационном поле, собирает свет в этой точке. И теоретически, разместив в этом месте обсерваторию, мы могли бы наблюдать удаленные объекты вроде экзопланет с фантастической разрешающей способностью.
По некоторым оценкам, даже скромный телескоп в гравитационном фокусе Солнца сможет получить изображение экзопланеты не в виде точки, а разглядеть на ней даже очертания материков (если они там, конечно, есть).
Безусловно, запуск солнечных парусников в облако Оорта, к гравитационному фокусу Солнца или иным удаленным объектам — дело даже не ближайших десяти лет. Но отправляемые сегодня аппараты уже позволяют решить ряд задач вроде создания эффективной теплозащиты и компонентов, способных выдерживать экстремальный нагрев в сочетании с облучением.
Алексей Тимошенко