Aktualności

Test integralności rakiety kosmicznej za pomocą termowizji

Neil Tewksbury i jego zespół z laboratorium napędu rakietowego Uniwersytetu Południowej Kalifornii chcą wystrzelić rakietę w kosmos. W ramach nieoficjalnego wyścigu kosmicznego między międzynarodowymi uniwersytetami Tewksbury i jego zespół chcą być nie tylko pierwszym zespołem, który pomyślnie wystrzelił jednostkę; chcą osiągnąć wysokość 100 km (330 000 stóp) nad poziomem morza za pomocą rakiety złożonej w całości z komponentów, które sami wytwarzają. Każdego roku budują tylko jedną lub dwie rakiety, więc testowanie komponentów na ziemi jest niezbędne do zbudowania rakiet zdolnych do przetrwania.

Wyzwanie

W ramach swojego wniosku o uzyskanie okna startowego od Federalnej Administracji Lotnictwa (FAA), Tewksbury musiał potwierdzić, że jego rakieta kosmiczna może bezpiecznie odbyć podróż. Część tego procesu walidacji miała miejsce na stanowisku testowym na pustyni Mojave. Tewksbury musiał przetestować integralność systemu ochrony termicznej obudowy silnika rakiety, a także konstrukcję dyszy węglowo-fenolowej. „Musimy chronić obudowę, która tak naprawdę nie jest w stanie przetrwać bardzo wysokich temperatur, ponieważ jest wykonana z włókna węglowego” – powiedział Tewksbury.

„Największym nowym dodatkiem do tego statycznego ognia była dysza. Całkowicie przeprojektowaliśmy dyszę, wprowadzając nowe materiały i nowe procesy ”– dodał Tewksbury. „Chcieliśmy zobaczyć, jak dobrze to działa. Zastosowaliśmy specjalną technologię ablacyjną * na dyszy, aby, miejmy nadzieję, usunąć jak najwięcej ciepła, aby chronić naszą, wrażliwą termicznie, obudowę ”. Nazwany Graveller II dla „ziemi” i „podróżnika”, miał to być statyczny test silnika rakietowego na ziemi.

W poprzednich testach statycznych, do gromadzenia danych dotyczących zarządzania temperaturą, Tewksbury polegał na termoparach. Podczas gdy termopary mogłyby dostarczyć konkretnych danych punktowych, potrzebował rozwiązania, które umożliwiłoby zebranie bardziej wszechstronnych danych do tego testu. „Naprawdę chcieliśmy sprawdzić, czy nie ma żadnych gorących punktów zarówno na obudowie, jak i na dyszy. Możemy używać tylko skończonej liczby termopar ”– powiedział Tewksbury.

* Materiał ablacyjny jest zaprojektowany tak, aby wypalał się powoli, w sposób kontrolowany, dzięki czemu ciepło ze statku kosmicznego może być odprowadzane przez gazy wytwarzane w procesie ablacji, podczas gdy pozostały materiał stały izoluje statek od przegrzanych gazów.

Sekwencja testowania rakiet widziana przez kamerę termowizyjną FLIR T540.

Rozwiązanie

17 lutego 2018 roku USC Rocket Propulsion Lab z powodzeniem przetestowało Graveler II, największy amatorski silnik rakietowy z kompozytową obudową, jaki kiedykolwiek z powodzeniem odpalono. Solidny silnik rakietowy klasy R o średnicy 8 cali i długości 80,5 cala dostarczał impuls o wartości 42 000 lbf-sec. Graveler II został odpalony w obudowie silnika z żywicy węglowej z dyszą węglowo-fenolową, wszystkie zostały zaprojektowane i wykonane przez studentów USC. Przed testami Tewksbury skontaktował się z przedstawicielem FLIR, który odwiedził jego klasę, aby omówić technologię podczerwieni i zapytał, czy mógłby pożyczyć kamerę. Firma FLIR była w stanie dostarczyć do testów profesjonalną ręczną kamerę termowizyjną T540, którą Tewkesbury uznał za bardzo intuicyjną i łatwą w użyciu. Musiał tylko obejrzeć krótki film instruktażowy na temat oprogramowania FLIR ResearchIR i był gotowy do próbnego odpalenia.

Tewksbury pomalował rakietę na czarno, matową farbą, aby zapewnić stałą emisyjność i maksymalnie zredukować odbicia. W dniu testowym włączył T540, wprowadził do urządzenia warunki panujące na terenie testowym Mojave Desert i, wykorzystując wąskie pole widzenia, umieścił go na tyle daleko, aby zapewnić bezpieczeństwo sprzętu.

Jednym z głównych powodów, dla których Tewksbury chciał użyć kamery termowizyjnej, było przeprowadzenie dochodzenia w przypadku awarii, gdyby ich projekt zawiódł. Ale test zakończył się pełnym sukcesem, więc nie było to konieczne. „Rakieta działała doskonale. Otrzymałem też kilka znaczących danych o tym, jak system ochrony termicznej radzi sobie z ciepłem ”. Po wystrzeleniu rakiety Tewksbury kontynuował zbieranie danych termicznych na temat rakiety chłodzącej. „Cóż, po odpaleniu, kilka minut, można rzeczywiście zobaczyć granice między naszymi ziarnami. Nasz silnik to tak naprawdę pięć lub sześć kawałków paliwa ułożonych jeden na drugim – nazywa się to ziarnami BATES – tak naprawdę można zobaczyć przerwy między ziarnami jako gorące punkty. Więc wiedzieliśmy, że możemy określić ilościowo, w jaki sposób ciepło jest przenoszone ”.

Ziarna BATES wciąż widoczne po teście rakietowym.

Dzięki tym wynikom Tewksbury i jego zespół są bliscy uzyskania okna startowego z FAA i mają nadzieję dotrzeć do linii Karmana (100 km nad poziomem morza) gdzieś powyżej Black Rock w Nevadzie. Połączą siły z zespołem awioniki z USC, który będzie odpowiedzialny za oprogramowanie lotnicze, czujniki i rozmieszczenie spadochronów. „Zamierzamy przekroczyć linię Karmana, a potem opaść – oczywiście na spadochronie”.

Chcesz wiedzieć więcej?

Dowiedz się więcej o kamerach termowizyjnych. Napisz do nas.

Zostaw komentarz