211service.com
Afbeeldingen van hete Spaceshuttle
Onderzoekers bij NASA gebruiken een nieuw warmtebeeldsysteem aan boord van een marinevliegtuig om beelden vast te leggen van warmtepatronen die het oppervlak van de spaceshuttle verlichten terwijl deze terugkeert door de atmosfeer van de aarde. De onderzoekers hebben tot nu toe drie shuttle-missies in beeld gebracht en verwerken de gegevens om 3D-kaarten met oppervlaktetemperatuur te maken. De gegevens zullen ingenieurs in staat stellen systemen te ontwerpen om toekomstige ruimtevaartuigen te beschermen tegen de brandende hitte - tot 5.500 graden Celsius - die wordt waargenomen tijdens de terugkeer.
Lekker lijf: Deze thermische beelden zijn gemaakt met de spaceshuttle Ontdekking op 11 september zijn temperatuurgegevens gebruikt om de kleurenafbeeldingen te maken (midden en onder), waarbij blauw de laagste temperatuur is en rood de hoogste.
We willen piektemperaturen begrijpen, wanneer ze plaatsvinden en waar, omdat dat het type materiaal en de grootte van een beveiligingssysteem bepaalt, zegt Thomas Horvath, hoofdonderzoeker van het project, genaamd Hypersonic Thermodynamic InfraRed Measurements (HYTHIRM), op Langley-onderzoekscentrum in Hampton, Virginia.
NASA is zich meer gaan bezighouden met veiligheid en het ontwikkelen van hulpmiddelen voor het inspecteren en beschermen van de shuttle sinds de spaceshuttle van 2003 Colombia ramp, toen schade aan de vleugel van de shuttle het hittebestendige schild in gevaar bracht, waardoor het structurele integriteit verloor en uit elkaar viel tijdens de terugkeer, waarbij alle zeven astronauten aan boord omkwamen. Horvath, ook lid van het ondersteuningsteam van de Columbia Accident Investigation Board (CAIB), zegt dat het HYTHIRM-project is ontwikkeld als reactie op de Colombia ongeluk.
Ik denk zeker dat [de onderzoekers] iets kunnen leren over de oorzaak van de verwarming, zegt Douglas Osheroff , hoogleraar natuurkunde en toegepaste natuurkunde aan de Stanford University, en lid van de CAIB. Hij voegt eraan toe dat de thermische beelden ook kunnen worden gebruikt als een diagnostisch hulpmiddel om de integriteit van de shuttle-tegels tijdens terugkeer te controleren. Momenteel moeten ingenieurs de tegels handmatig inspecteren wanneer de shuttle terugkeert.
Om de shuttle in beeld te brengen, gebruikten de onderzoekers een nieuw optisch systeem genaamd Cast Glance aan boord van een Navy P-3 Orion-vliegtuig. Het systeem wordt voornamelijk gebruikt door het ministerie van Defensie voor raketverdedigingsmissies en moest dus enigszins worden aangepast voor het NASA-project. De marine-onderzoekers hebben een kant-en-klare videocamera met hoge resolutie toegevoegd en deze aangepast om infraroodlicht te filteren. Vervolgens kalibreerden ze de optische sensoren van Cast Glance, zodat ze, door de infraroodstraling van de shuttle te meten, de oppervlaktetemperaturen konden berekenen.
Het marinevliegtuig vliegt tot binnen 37 kilometer van de spaceshuttle wanneer deze met snelheden tussen de twee en drie mijl per seconde reist, waarbij acht ononderbroken minuten aan gegevens worden verzameld: ongeveer 10.000 tot 15.000 afbeeldingen voor elke missie.
De focus van de onderzoekers lag op de onderbuik van de shuttle, die bedekt is met ongeveer 10.000 thermische beschermende tegels. De gebieden met de hoogste verwarming, bij de neus en langs de voorrand van elke vleugel, zijn gemaakt van een materiaal dat versterkte koolstof-koolstof (RCC) wordt genoemd. Terwijl de shuttle luchtmoleculen uit de weg duwt, zegt Deborah Tomek, projectmanager van HYTHIRM, vormt zich een grenslaag of beschermend gebied, vergelijkbaar met isolatie, rond de shuttle met temperaturen tussen 1.093 en 1.649 graden Celsius. Net buiten die grenslaag kan de temperatuur oplopen tot een zinderende 5.500 graden.
Elke beschadiging van de tegels, of een uitsteeksel of bult op de onderbuik van de shuttle, kan een breuk in de grenslaag veroorzaken en extreme hitte toelaten. Van bijzonder belang zijn de spleetvullers, stukjes keramisch gecoate stof ter dikte van een vel papier die tussen de tegels passen om een kussen te vormen, dat waarvan bekend is dat ze uitsteken . (NASA zegt echter dat de vulstoffen geen veiligheidsrisico vormen.)
De onderzoekers van Langley hebben drie shuttlemissies in beeld gebracht: Ontdekking op 28 maart ( STS-119 ); Atlantis op 24 mei ( STS-125 ); en Ontdekking weer op 11 september ( STS-128 ). Ze voerden ook twee kleine vluchtonderzoeksexperimenten uit. We hebben een kleine hobbel toegevoegd aan Ontdekking 's vleugel, ongeveer een kwart inch, om beter te begrijpen wat een grenslaagovergang of trip in de stroomvelden wordt genoemd, zegt Tomek. De onderzoekers hebben ook twee van de tegels gecoat met een materiaal dat wordt ontwikkeld voor het hitteschild van het verkenningsvoertuig van de Orion-bemanning.
De onderzoekers beginnen net alle verzamelde gegevens te verwerken in 3D-kaarten van de oppervlaktetemperatuur, die ze zullen vergelijken met metingen van thermische sensoren op de onderbuik van de shuttle en met computationele vloeistofdynamische modellen. Horvath zegt dat ze hun resultaten zullen presenteren op een conferentie in januari 2010.
De onderzoekers hebben echter al enkele onverwachte resultaten gezien. Een kleine onvolkomenheid, mogelijk zo klein als een tiende van een inch, aan de andere kant van de bult die er met opzet op is geplaatst Ontdekking ’s vleugel, zorgde voor hoge temperaturen in een veel groter gebied dan wat je normaal ziet, zegt Horvath.
Osheroff zegt dat hij geïnteresseerd is om te zien of de analyse verschillende resultaten oplevert voor verschillende orbiters. Bijvoorbeeld, Colombia was de eerste shuttle die werd gebouwd en is 20.000 pond zwaarder dan de andere orbiters. Verwarmingspatronen zijn afhankelijk van de houding of oriëntatie van de orbiter tijdens de terugkeer, dus het zou gunstig zijn om tests uit te voeren voor ten minste twee vluchten van elke orbiter.
Er zijn nog maar zes spaceshuttle-vluchten voordat de orbiters met pensioen gaan. Horvath zegt dat de onderzoekers hopen dat ze de resterende missies in beeld kunnen blijven brengen, maar de definitieve goedkeuring laat nog op zich wachten. Ons vermogen om thermische gegevens nauwkeurig te voorspellen, zal een grote impact hebben op ontwerpen voor nieuwe voertuigen, zegt hij.