Fortgeschrittenes Monitoring von Startlasten auf Raumfahrzeugen mit NASAs Faseroptischem Sensorsystem

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

United Launch Alliance
Centennial, CO
www.ulalaunch.com

Was als Forschungstool zur Erfassung aerodynamischer Daten von Forschungsflugzeugen begann, löst nun technische Herausforderungen innerhalb der Agentur und darüber hinaus. NASAs Faseroptisches Sensorsystem (FOSS) Technologie kombiniert fortschrittliche Dehnungssensoren und innovative Algorithmen in ein robustes Paket, das eine Vielzahl kritischer Parameter in Echtzeit präzise und kosteneffektiv überwacht. Es wird breit in der NASA eingesetzt, um Forschungsprojekte so vielfältig wie die Untersuchung flexibler Flügel der nächsten Generation und die Messung von Flüssigtreibstoffständen bis hin zur Überwachung von Dehnung an Raumfahrzeugen zu unterstützen.

FOSS nutzt bis zu 12 Meter (40 Fuß) haardünne optische Fasern, die jeweils bis zu 2.000 Datenpunkte liefern. Das state-of-the-art-System verarbeitet Informationen alle Viertelzoll entlang der Faser mit Raten bis zu 100 Mal pro Sekunde, um Dehnung, Formverformung, Temperatur, Flüssigkeitsstand und operationelle Lasten zu messen.

Über die 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 und bereichern nun bestehende Instrumentierung.

FOSS ermöglicht Forschern, Finite-Elemente-Modelle mit hohem Grad an räumlicher Auflösung zu verifizieren. Es erlaubt Forschern auch, unerwartete Phänomene in Fällen zu identifizieren, wo ein Modell nicht vollständig präzise ist oder nicht genügend Spezifitätsgrade enthält. Das System ermöglicht sowohl Validierung als auch Entdeckung, was den gesamten Forschungsprozess effektiver und effizienter macht.

Kommerzielle Raketenanbieter nutzen FOSS in ihren Laboren, und Unternehmen in verschiedenen Branchen erforschen, wie FOSS ihre Operationen verbessern kann. Das FOSS-Team verfeinert weiterhin Algorithmen, um zusätzliche Anwendungen zu unterstützen, mit dem Ziel, FOSS zur Suite der Instrumentierung auf NASA-Flugzeugen sowie anderen Assets in der gesamten Agentur hinzuzufügen.

Armstrong- und NASAs Kennedy Space Center-Forscher haben jahrelang zusammengearbeitet, um FOSS so robust zu machen, dass es aggressive Startlasten auf Raumfahrzeugen messen kann. Weitere Kooperationen mit Industriepartnern resultierten in langlebiger Instrumentierung, und Armstrong-Forscher bereiten nun eine neue Kombination aus mechanischem Gehäuse und Instrumentierung für Starts innerhalb des nächsten Jahres bei mehreren Raketenstarts vor. Das Ziel ist, dass diese „Raketenbox“ auf NASAs Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator und United Launch Alliances Vulcan-Rakete fliegt, sowie mit anderen kommerziellen Startanbietern.

Das FOSS-Team hat fünf Raketenboxen zusammengebaut und frühe Umwelttests abgeschlossen, um Raketenstartbedingungen zu simulieren. Nächste Schritte sind der Abschluss elektrischer Tests zur Vorbereitung auf den Versand an NASAs Langley Research Center für finale Umwelttests. Das Ziel ist zu validieren, dass FOSS kritische Parameter (z. B. Dehnung, Last, Temperatur, Form) in aggressiven Startumgebungen messen kann.

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