太空拍摄:用热成像验证火箭完整性

我们都知道,火箭在发射之前要经过多次反复的试验,今天小菲就给大家说下南加州大学火箭推进实验室的Neil Tewksbury及其团队想把一枚火箭发射到太空所,通过使用FLIR T540对火箭部件反复试验过程进行记录,最终得到预期效果的案例!


作为一场非官方国际大学太空竞赛的一部分,Tewksbury和他的团队不仅想成为第一个成功发射火箭的团队,还想用完全由自己制造的部件组成的火箭达到海拔100公里(33万英尺)的高度。他们每年只能制造一到两枚火箭,所以在地面上测试组件对制造可行的火箭至关重要。

火箭发动机测试面临的挑战

作为申请从联邦航空局(FAA)获得发射窗口的一部分,Tewksbury需要验证他的太空发射火箭能否安全完成这次旅行,验证过程的一部分是在莫哈韦沙漠试验场进行的。Tewksbury需要测试火箭发动机外壳热保护系统的完整性以及碳酚醛喷嘴的设计。“我们必须保护这个箱子,因为它是碳纤维,所以实际上它不能在高温下存活”,Tewksbury解释说。

“这种静态火最大的新增加是喷嘴,我们用新材料、新工艺完全重新设计了喷嘴,”Tewksbury补充道。“我们想看看它的表现如何,因此在喷嘴上使用了一种特殊的烧蚀技术,希望能尽可能多地散发热量,以保护我们的热敏外壳”。被称为“地面”和“旅行者”的Graveller II,是对地面火箭发动机的一次静态测试。

在过去的静态试验中,Tewksbury依靠热电偶收集热管理数据。虽然热电偶可以提供特定的现场数据,但他需要一个解决方案,以便收集更全面的数据进行此测试。“我们真的想看看箱子上和喷嘴上是否有热点,但目前只能使用有限数量的热电偶,”Tewksbury说。

火箭测试过程由FLIR T540记录

火箭试验数据详细记录

2018年2月17日,南加州大学火箭推进实验室成功测试了Graveler II,这是迄今为止成功发射的最大复合外壳业余火箭发动机。直径8英寸(约20.3厘米),长80.5英寸(约2米)的R级固体火箭发动机的总脉冲推力为42,000磅/秒(约19吨/秒)。Graveler II在带有碳酚醛喷嘴的碳环氧机壳中发射,所有这些都是由南加州大学的学生设计和制造的。 

在测试之前,Tewksbury联系了一位到访教室讨论红外技术的FLIR代表,问他是否可以借一台红外热像仪。最终,FLIR为测试提供一台T540专业手持式热像仪,Tewkesbury发现它非常直观且易于使用。他只需要在FLIR-ResearchIR软件上观看一段简短的教程视频,就可以开始测试了。


Tewksbury想要使用热像仪的主要原因是,如果设计失败,则要进行故障调查,FLIR T540可以很好将试验过程的数据详细记录。但试验完全成功,因此无需进行失败调查。“火箭运转得很好,我还获得了一些有关热防护系统如何管理热量的有意义的数据。” 火箭发射后,Tewksbury继续收集冷却火箭上的热数据。“燃烧几分钟后,您就能看到颗粒之间的界限。我们的发动机实际上是五到六块推进剂相互叠放在一起,称为BATES颗粒,您实际上可以将颗粒之间的缝隙视为热点。因此可以知道,我们可以量化热量的传递方式。”

火箭测试后,BATES颗粒仍然很明显

FLIR T540助力团队获得发射窗口

有了这些成果,Tewksbury和他的团队即将从FAA获得发射窗口,并有望到达内华达州黑石市上方的Karman线(海拔100公里)发射。他们将与南加州大学的航空电子团队合作,该团队负责飞行软件,传感器和降落伞的部署。“当然,我们将降落在Karman防线的后面,然后在降落伞下向后退。”

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