太陽，它的光普照大地，因為有了太陽，我們的地球才會生機勃勃，如果沒有了太陽地球將陷入冷寂……太陽每天都在為我們的地球輸送能量，而地球吸收的能量只是太陽釋放總能量的億分之一，沒錯，它太大了，能量太足了……

太陽是一顆恆星，它的表面溫度可達5000攝氏度，內部溫度甚至可以高達2000萬攝氏度，這使得太陽成為了人類太空探索中可遠觀而不可“探索”的物件。實在是太熱了，航天器怎麼辦？我們只能在地球上進行地面觀測，面對太陽系的主宰，人類似乎束手無策，直到它的出現……

我們的太陽和太陽風活動恆星追蹤者，帕克太陽探測器

帕克太陽探測器是美國宇航局“直面恆星”計劃的一部分。該專案由NASA/GSFC戈達德太空飛行中心管理。位於馬里蘭州勞雷爾的約翰霍普金斯大學應用物理實驗室JHU/APL是該航天器的主要承包商。2010年9月，美國宇航局開始研究與開發。

直面恆星？怎麼直面？人造探測器想要靠近太陽探測太陽風，太陽結構和一些高能粒子？這個探測器是怎麼做到的？太陽附近極高的溫度和惡劣的環境，沒有足夠的熱保護，航天器無法生存。接近太陽非常困難，除了高溫之外，要使探測器接近太陽，必須從地球軌道的速度中抵消巨大的引力速度，軌道計算也必須非常精確。除此之外，任何一個太陽探測器還需要抵擋來自太陽附近的高能粒子轟擊，就好像一個人站在槍林彈雨中……

帕克太陽探測器在整流罩中，拍攝於2018年

帕克太陽探測器的任務就是分析太陽的日冕並進行取樣分析，以揭示日冕是如何被太陽內部加熱的，太陽風和太陽能量粒子是如何加速的，50多年來，解決這些問題一直是科學界的首要目標。

日冕是太陽上噴射物質的地方，它們以接近光速的驚人速度將粒子拋向太空。這些活動還可能在地球附近引發空間氣象風暴，危及衛星和宇航員，擾亂無線電通訊，最嚴重的情況下引發斷電

看到這裡大家可能要問，探測太陽有什麼作用呢？我們不是準備前往火星或者月球居住了嗎？其實太陽與我們的生活息息相關……剛才我們說到，來自太陽的能量為地球上的生命提供動力，但太陽也會引發一些不好的事情。比如對我們日益依賴的技術構成威脅，干擾無線電通訊，影響衛星和人類太空飛行，最糟糕的是，還會干擾電網。更好地理解太陽活動的基本過程，可以讓我們有提前預測的能力，提前預測它們對地球的影響。

帕克太陽探測器在整流罩內

那麼帕克太陽探測器如何探測？如何分析太陽風活動和高能粒子呢？最關鍵的，它是如何抵禦太陽高溫的呢？這確實很讓人好奇。接下來我們先來看看帕克太陽探測器的冷卻系統TPS……

大家看到帕克太陽探測器就會看到一個直徑為2.3m的TPS遮罩，它主要的作用就是保護帕克太陽探測器的相關結構。在靠近太陽時，TPS可以保護在陰影中的匯流排結構和科學載荷。

一般來說，有效載荷受TPS保護，不受太陽的影響。有兩個科學載荷例外，一個是SPC太陽能探測杯，這是SWEAP科學載荷的一部分，還有一個是進行磁場研究的電場天線科學載荷。

帕克太陽探測器被運送到無塵室進行測試

帕克太陽探測器在離太陽最近的時候，可以驅散太陽能電池陣列並吸收太陽通量，使太陽能電池模組能夠在其溫度限制範圍內工作，同時提供所需的電力。帕克太陽探測器的冷卻系統一部分由水構成，水可以從太陽能陣列壓板的最外側環流，通過太陽能陣列機翼上的通道進入安裝在TPS下的四個散熱器冷卻系統中。然後通過位於航天器頂部上的泵返回，該系統設計和執行的目的是防止帕克太陽探測器在遠日點凍結，可以說冷了也不行，熱了也不行。

回到遮罩部分，TPS遮罩仍然是碳和碳泡沫夾層材料，在面向太陽的表面塗有陶瓷塗層，以控制反射和發射效能。TPS的形狀和尺寸一共更改了7次，以優化品質，同時需要考慮到可製造性和控制太陽能電池板的發展。

馬里蘭州勞雷爾的工程師將熱防護系統TPS安裝在帕克太陽探測器上

除此之外，為了解決熱的問題，帕克太陽探測器上面的線纜都用藍寶石電晶體包裹著，這也是為了探測器線纜而設計的。其實在發射之前工程師就已經進行了多次熱量和模擬太空測試，確保帕克太陽探測器在太空中或者在飛越太陽的時候不受影響。

說完了帕克太陽探測器的冷卻系統，接下來我們一起來看看帕克太陽探測器的科學載荷。其實無論是恆星探測器還是行星探測器，科學載荷都非常重要，探測器只有利用科學載荷才能進行精密探測得到科學家需要的資料。帕克太陽探測器主要有4個科學載荷，具體的細分比較多。

帕克太陽探測器主要科學載荷

WISPR廣域成像儀

廣域成像儀是航天器上唯一的成像儀器。WISPR在航天器飛越日冕和太陽風活動之前，可以觀察太陽風活動的結構。WISPR有鞋盒大小，可以從遙遠的地方拍攝到日冕物質拋射和CMEs輻射，其他太陽拋射物等結構的影象也可以捕獲。這些結構噴射的時候會遠離太陽，最終範圍超過航天器，航天器的其他儀器在那裡進行原位測量。WISPR有助於將大規模日冕結構中發生的情況與在近太陽環境中直接捕捉到的詳細物理測量資料聯絡起來。

為了拍攝太陽大氣層的影象，WISPR單獨使用了隔熱層來阻擋大部分的太Sunny，否則將會影響觀測日冕的活動。特別設計的擋板和遮光板可以和吸收剩餘的雜散光，這些雜散光已被反射或漫射到TPS邊緣或航天器的其他部分。

帕克太陽探測器結構圖

WISPR使用了兩個帶有抗輻射源畫素感測器CMOS相機。相機被用來代替傳統的CCD結構，因為它們更輕，使用的能量也很少。它們也不太容易受到宇宙射線和其他高能粒子輻射損傷的影響，這些都是靠近太陽的一個大問題。WISPR是由位於華盛頓特區的海軍研究實驗室的太陽物理物理分部設計和開發的。

SWEAP太陽風電子儀和質子探測儀

太陽風電子Alphas儀和質子探測儀可以利用兩種互補的儀器收集觀測資料，它們分別是太陽探測法拉第杯SPC和太陽探測分析儀SPAN。這些儀器可以計算出太陽風中最豐富的粒子，比如電子、質子和氦離子，並測量它們的速度、密度和溫度等特性，以增進我們對太陽風和日冕等離子體的了解。

SPAN-A結構SWEAP的SPAN-B結構

SPC法拉第杯，這是一種在真空中捕捉帶電粒子的金屬裝置，SPC可以透過隔熱層觀察電子和離子是如何運動的，這個結構需要暴露在太Sunny、熱和能量之下。SPC是由一系列高透明的柵格組成的，其中一個柵格使用可變的高壓來對粒子進行分類。

位於儀器前端附近的柵格可以抵擋1700攝氏度左右的溫度，在儀器進行測量時會發出紅光。該儀器還使用了藍寶石片電隔離杯等不同元件，當它接近太陽時，SPC每秒要進行146次測量，以精確確定太陽等離子體的速度、密度和溫度。

太陽杯SPC

SPAN由SPAN-a和SPAN-b兩種儀器組成，這兩種儀器視野開闊，粒子到達SPAN就會進入迷宮一樣的通道，這個迷宮的作用就是根據粒子的品質和電荷對它們進行分類。雖然SPAN-a有兩個成分來測量電子和離子，但是SPAN-b只看電子。SWEAP由史密森天體物理天文臺和加州大學伯克利分校的空間科學實驗室建造。

FIELDS儀器

FIELDS儀器可以探測看不見的力量，也就是說它可以捕捉太陽大氣中電場和磁場的大小和形狀。FIELDS以高解析度測量太陽內層的波和湍流，以了解與波、衝擊和磁重聯有關的場，磁重聯的意思是磁場線重新排列的過程和結果。

帕克太陽探測器渲染圖

FIELDS儀由五個天線測量宇宙飛船周圍的電場，其中四個天線伸出宇宙飛船的隔熱層TPS，直接在Sunny下，在Sunny下，它們會經歷1400攝氏度左右的高溫。2米長的天線由鈮合金製成，可以承受極端溫度。四根太陽在Sunny下的天線以兩種模式工作，分別測量快太陽風和慢太陽風的特性。第五個天線，在隔熱罩的陰影下彎折伸出，這樣有助於在更高頻率下形成電場的三維影象。

熱保護系統與FIELDS等科學載荷的整合工作

除此之外，FIELDS還有三個磁力儀，每個有拳頭大小，它們可以幫助天線磁場，搜尋線圈磁力儀或微控制器，測量太陽活動磁場隨時間的變化情況。除此之外FIELDS還有兩個相同的磁通門磁強計，分別是MAGi和MAGo，它們可以測量大規模的日冕磁場。FIELDS是由加州大學伯克利分校空間科學實驗室的一個團隊設計建造。

太陽高能粒子儀

研究人員使用四臺IMAX投影儀來製造帕克太陽探測器杯在穿越太陽大氣層時所經歷的光和熱。此外，四臺IMAX投影儀也會測試帕克太陽探測器的其他部件

太陽高能粒子儀也會使用兩個互補的儀器進行共同的科學調查，結合測量粒子在各種各樣條件下能量。通過測量電子，質子和離子，太陽高能粒子儀會理解粒子的生命週期，還可以解決其他問題，比如他們來自哪裡，他們如何加速等等。太陽高能粒子儀的兩個互補儀器分別是EPI-Lo EPI-Hi (EPI代表高能粒子儀器)。

帕克太陽探測器耗資15億美元，近150個機構，300名科學家參加了帕克太陽探測器的研發和製造。美國宇航局戈達德航天飛行中心的太陽軌道專案科學家克里斯·聖·西爾說：“帕克太陽探測器主要的目標就是了解太陽是執行的，以及它對太空環境的影響，未來我們如何對太陽活動進行預測等等。”

帕克太陽探測器所有科學載荷

確實，人類的未來雖然光明，但是有一句話說的很貼切：太陽吼三吼，地球也要抖三抖……所以帕克太陽探測器正是為了提前預測太陽什麼時候“吼”，了解太陽為什麼“吼”，如何“吼”。除了無法到達的行星，對於一些行星我們了解的已經不少了，但是對於太陽系這個大個子我們還一無所知……

人類太空探索需要全面的發展，未來太陽探測任務將會告訴我們更多關於太陽的資訊，讓我們了解普照大地的光芒。