Messung aggressiver Startlasten auf Raumfahrzeugen

Armstrong Flight Research Center der NASA
Edwards, CA
www.nasa.gov/centers/armstrong

United Launch Alliance
Centennial, Colorado
www.ulalaunch.com

Was als Forschungsinstrument zur Erhebung aerodynamischer Daten von Forschungsflugzeugen begann, löst nun technische Herausforderungen innerhalb der Agentur und darüber hinaus. Die Fiber Optic Sensing System (FOSS)-Technologie der NASA kombiniert fortschrittliche Dehnungssensoren und innovative Algorithmen zu einem robusten Paket, das eine Vielzahl kritischer Parameter in Echtzeit genau und kostengünstig überwacht. Es wird in der gesamten NASA weit verbreitet verwendet, um so unterschiedliche Forschungsprojekte wie die Untersuchung flexibler Flügel der nächsten Generation und die Messung des Füllstands von flüssigem Treibstoff sowie die Überwachung der Belastung von Raumfahrzeugen zu unterstützen.

FOSS verwendet eine bis zu 40 Fuß lange, haarähnliche Glasfaser, die jeweils bis zu 2.000 Datenpunkte bereitstellt. Das hochmoderne System verarbeitet Informationen jeden Viertelzoll entlang der Faser mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mal pro Sekunde, um Dehnung, Formverformung, Temperatur, Flüssigkeitsstand und Betriebslasten zu messen.

Im Laufe der Jahre hat das FOSS-Team die Technologie optimiert, um die Infrastruktur und die Geschwindigkeit, mit der das System Daten erfasst und überträgt, zu verfeinern, und die einfach zu integrierenden Elemente der Technologie ergänzen nun die bestehenden Instrumente und verleihen ihnen Farbe.

FOSS ermöglicht es Forschern, Finite-Elemente-Modelle mit hoher räumlicher Auflösung zu verifizieren. Es ermöglicht Forschern auch, unerwartete Phänomene in Fällen zu identifizieren, in denen ein Modell nicht vollständig genau ist oder nicht genügend Spezifitätsgrade enthält. Das System ermöglicht sowohl die Validierung als auch die Entdeckung, wodurch der gesamte Forschungsprozess effektiver und effizienter wird.

Kommerzielle Raketenanbieter verwenden FOSS in ihren Labors und Unternehmen in einer Vielzahl von Branchen untersuchen, wie FOSS ihre Abläufe verbessern kann. Das FOSS-Team verfeinert weiterhin Algorithmen, um zusätzliche Anwendungen zu unterstützen, mit dem Ziel, FOSS zur Instrumentensuite von NASA-Flugzeugen sowie zu anderen Assets in der gesamten Agentur hinzuzufügen.

Armstrong und die Forscher des Kennedy Space Center der NASA arbeiten seit Jahren zusammen, um das FOSS robuster zu machen, damit es zur Messung aggressiver Startlasten auf Raumfahrzeugen verwendet werden kann. Weitere Kooperationen mit Industriepartnern haben zu langlebigen Instrumenten geführt, und die Armstrong-Forscher bereiten nun eine neue Kombination aus mechanischer Einhausung und Instrumentierung vor, die im nächsten Jahr bei mehreren Raketenstarts gestartet werden soll. Das Ziel ist, dass diese „Raketenbox“ auf dem Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator der NASA und der Vulcan-Rakete der United Launch Alliance sowie mit anderen kommerziellen Startanbietern fliegt.

Das FOSS-Team hat fünf Raketenboxen zusammengebaut und Umwelttests in der Frühphase durchgeführt, um Raketenstartbedingungen zu simulieren. Die nächsten Schritte sind die Durchführung elektrischer Tests in Vorbereitung auf den Versand an das Langley Research Center der NASA für abschließende Umwelttests. Ziel ist es zu validieren, dass FOSS kritische Parametermessungen (z. B. Dehnung, Last, Temperatur, Form) in aggressiven Startumgebungen liefern kann.

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