211service.com
Heta rymdfärjebilder
Forskare vid NASA använder ett nytt värmeavbildningssystem ombord på ett marinflygplan för att ta bilder av värmemönster som lyser upp rymdfärjans yta när den återvänder genom jordens atmosfär. Forskarna har hittills avbildat tre skytteluppdrag och bearbetar data för att skapa 3D yttemperaturkartor. Data kommer att göra det möjligt för ingenjörer att designa system för att skydda framtida rymdfarkoster från den brännande värmen – upp till 5 500 grader Celsius – som ses under återinträde.
Läcker kropp: Dessa värmebilder togs av rymdfärjan Upptäckt den 11 september. Temperaturdata användes för att göra färgbilderna (mitten och botten), blå är de lägsta temperaturerna och röda den högsta.
Vi vill förstå topptemperaturer, när de inträffar och var, eftersom det bestämmer typen av material för, och storleken på, ett skyddssystem, säger Thomas Horvath, huvudutredare för projektet, kallat Hypersonic Thermodynamic InfraRed Measurements (HYTHIRM), vid Langley Research Center i Hampton, VA.
NASA har blivit mer angelägen om säkerhet och att utveckla verktyg för att inspektera och skydda färjan sedan rymdfärjan 2003 Columbia katastrof, när skador på skyttelns vinge äventyrade dess värmebeständiga sköld, vilket fick den att förlora strukturell integritet och bryta isär under återinträde, vilket dödade alla sju astronauterna ombord. Horvath, också en supportteammedlem i Columbia haverikommission (CAIB), säger att HYTHIRM-projektet utvecklades som svar på Columbia olycka.
Jag tror verkligen att [forskarna] kan lära sig något om vad som orsakar uppvärmningen, säger Douglas Osheroff , professor i fysik och tillämpad fysik vid Stanford University och medlem av CAIB. Han tillägger att de termiska bilderna också kan användas som ett diagnostiskt verktyg för att kontrollera integriteten hos skyttelbrickorna vid återinträde. För närvarande måste ingenjörer manuellt inspektera brickorna när skytteln kommer tillbaka.
För att avbilda skytteln använde forskarna ett nytt optiskt system som heter Cast Glance ombord på ett Navy P-3 Orion-flygplan. Systemet används mest av försvarsdepartementet för missilförsvarsuppdrag och måste därför modifieras något för NASA-projektet. Marinens forskare lade till en högupplöst videokamera från hyllan och justerade den för att filtrera infrarött ljus. De kalibrerade sedan Cast Glances optiska sensorer så att de, genom att mäta den infraröda strålningen från skytteln, kunde beräkna yttemperaturerna.
Marinens flygplan flyger till inom 37 kilometer från rymdfärjan när den senare färdas med hastigheter på mellan två och tre miles per sekund, och skaffar åtta oavbrutna minuters data: cirka 10 000 till 15 000 bilder för varje uppdrag.
Forskarnas fokus var underlivet på skytteln, som är täckt av cirka 10 000 termiska skyddsplattor. De högsta uppvärmningsområdena, nära nosen och längs framkanten av varje vinge, är gjorda av ett material som kallas förstärkt kol-kol (RCC). När skytteln trycker luftmolekyler ur vägen, säger Deborah Tomek, projektledare för HYTHIRM, bildas ett gränsskikt eller skyddsområde, liknande isolering, runt skytteln där temperaturen ligger mellan 1 093 och 1 649 grader Celsius. Strax utanför det gränsskiktet kan temperaturen stiga till svällande 5 500 grader.
Eventuella skador på plattorna, eller ett utsprång eller en bula på undersidan av skytteln, kan orsaka brott i gränsskiktet och släppa in extrem värme. Särskilt oroande är spaltfyllnaderna, bitar av keramiskt belagda tyger tjocka som ett pappersark som passar mellan plattorna för att ge en kudde, vilket har varit kända för att sticka ut . (NASA säger dock att fyllnadsmedlen inte innebär ett säkerhetsproblem.)
Langley-forskarna avbildade tre skytteluppdrag: Upptäckt den 28 mars ( STS-119 ); Atlantis den 24 maj ( STS-125 ); och Upptäckt igen den 11 september ( STS-128 ). De genomförde också två små flygforskningsexperiment. Vi lade till en liten bula Upptäckt s vinge, ungefär en kvarts tum, för att bättre förstå vad som kallas en gränsskiktsövergång eller tripp i flödesfälten, säger Tomek. Forskarna har också belagt två av plattorna med ett material som håller på att utvecklas för värmeskölden på Orion-besättningens prospekteringsfordon.
Forskarna har precis börjat bearbeta all insamlad data till 3-D yttemperaturkartor, som de kommer att jämföra med mätningar från termiska sensorer på skyttelns underliv och med beräkningsbaserade vätskedynamiska modeller. Horvath säger att de kommer att presentera sina resultat på en konferens i januari 2010.
Men forskarna har redan sett några oväntade resultat. En liten ofullkomlighet, möjligen så liten som en tiondels tum, på motsatt sida av stöten som avsiktligt placerats på Upptäckt s vinge, skapade höga temperaturer på ett mycket större område än vad man normalt ser, säger Horvath.
Osheroff säger att han är intresserad av att se om analysen hittar olika resultat för olika orbiters. Till exempel, Columbia var den första skytteln som byggdes och är 20 000 pund tyngre än de andra orbiters. Uppvärmningsmönster beror på orbiterns attityd eller orientering under återinträde, så det skulle vara fördelaktigt att utföra tester för minst två flygningar av varje orbiter.
Det återstår bara sex flygningar med rymdfärjan innan orbiters är planerade att gå i pension. Horvath säger att forskarna hoppas att de kan fortsätta att avbilda de återstående uppdragen, men det slutliga godkännandet väntar fortfarande. Vår förmåga att exakt förutsäga termisk data kommer att ha en djupgående inverkan på designen för nya fordon, säger han.