211service.com
Hot Space Shuttle-billeder
Forskere ved NASA bruger et nyt termisk billeddannelsessystem om bord på et flådefly til at tage billeder af varmemønstre, der lyser op på rumfærgens overflade, når den vender tilbage gennem jordens atmosfære. Forskerne har indtil videre afbildet tre shuttle-missioner og behandler dataene for at skabe 3D-overfladetemperaturkort. Dataene vil gøre det muligt for ingeniører at designe systemer til at beskytte fremtidige rumfartøjer mod den brændende varme – op til 5.500 grader Celsius – set under genindstigning.
Lækker krop: Disse termiske billeder blev taget af rumfærgen Opdagelse den 11. september. Temperaturdata blev brugt til at lave farvebillederne (midt og nederst), blå er de laveste temperaturer og rød den højeste.
Vi ønsker at forstå toptemperaturer, hvornår de sker og hvor, fordi det bestemmer typen af materiale til og størrelsen af et beskyttelsessystem, siger Thomas Horvath, hovedforsker af projektet, kaldet Hypersonic Thermodynamic InfraRed Measurements (HYTHIRM), kl. Langley Research Center i Hampton, VA.
NASA er blevet mere optaget af sikkerhed og udvikling af værktøjer til at inspicere og beskytte rumfærgen siden rumfærgen i 2003 Columbia katastrofe, da skade på rumfærgens vinge kompromitterede dens varmebestandige skjold, hvilket fik den til at miste strukturel integritet og knække fra hinanden under genindstigning, hvilket dræbte alle syv astronauter ombord. Horvath, også medlem af supportteamet Columbia Havarikommission (CAIB), siger, at HYTHIRM-projektet blev udviklet som svar på Columbia ulykke.
Jeg tror bestemt, at [forskerne] kan lære noget om, hvad der forårsager opvarmningen, siger Douglas Osheroff , professor i fysik og anvendt fysik ved Stanford University og medlem af CAIB. Han tilføjer, at de termiske billeder også kunne bruges som et diagnostisk værktøj til at kontrollere integriteten af skyttelfliser under genindstigning. I øjeblikket skal ingeniører manuelt inspicere fliserne, når rumfærgen vender tilbage.
For at afbilde rumfærgen brugte forskerne et nyt optisk system kaldet Cast Glance ombord på et Navy P-3 Orion-fly. Systemet bruges mest af forsvarsministeriet til missilforsvarsmissioner og skulle derfor modificeres lidt til NASA-projektet. Navy-forskerne tilføjede et højopløsnings-off-the-shelf-videokamera og justerede det til at filtrere infrarødt lys. De kalibrerede derefter Cast Glances optiske sensorer, så de ved at måle den infrarøde stråling fra rumfærgen kunne beregne overfladetemperaturerne.
Flådens fly flyver til inden for 37 kilometer fra rumfærgen, når sidstnævnte rejser med hastigheder på mellem to og tre miles i sekundet, og erhverver otte uafbrudte minutters data: cirka 10.000 til 15.000 billeder for hver mission.
Forskernes fokus var undersiden af rumfærgen, som er dækket af omkring 10.000 termiske beskyttende fliser. De højeste varmeområder, nær næsen og langs forkanten af hver vinge, er lavet af et materiale kaldet forstærket kulstof-carbon (RCC). Da rumfærgen skubber luftmolekyler af vejen, siger Deborah Tomek, projektleder for HYTHIRM, dannes et grænselag eller beskyttende region, der ligner isolering, omkring rumfærgen, hvor temperaturen er mellem 1.093 og 1.649 grader Celsius. Lige uden for det grænselag kan temperaturerne stige til svulmende 5.500 grader.
Enhver skade på fliserne, eller et fremspring eller en bump på undersiden af skytten, kan forårsage et brud i grænselaget og tillade ekstrem varme. Særligt bekymrende er spaltefylderne, stykker af keramisk belagt stof på tykkelsen af et ark papir, der passer mellem fliserne for at give en pude, som har været kendt for at stikke ud . (NASA siger dog, at fyldstofferne ikke pålægger en sikkerhedsmæssig bekymring.)
Langley-forskerne afbildede tre shuttle-missioner: Opdagelse den 28. marts ( STS-119 ); Atlantis den 24. maj ( STS-125 ); og Opdagelse igen den 11. september ( STS-128 ). De gennemførte også to små flyveforskningseksperimenter. Vi tilføjede en lille bump til Opdagelse 's vinge, cirka en kvart tomme, for bedre at forstå, hvad der kaldes en grænselagsovergang eller tur i strømningsfelterne, siger Tomek. Forskerne har også belagt to af fliserne med et materiale, der er ved at blive udviklet til varmeskjoldet på Orion-besætningens efterforskningskøretøj.
Forskerne er lige begyndt at bearbejde alle de indsamlede data til 3-D overfladetemperaturkort, som de vil sammenligne med målinger fra termiske sensorer på rumfærgens underliv og med beregningsmæssige væskedynamiske modeller. Horvath siger, at de vil præsentere deres resultater på en konference i januar 2010.
Forskerne har dog allerede set nogle uventede resultater. En lille ufuldkommenhed, muligvis så lille som en tiendedel af en tomme, på den modsatte side af bumpen bevidst placeret på Opdagelse 's vinge, skabte høje temperaturer i et meget større område, end hvad man normalt ser, siger Horvath.
Osheroff siger, at han er interesseret i at se, om analysen finder forskellige resultater for forskellige orbitere. For eksempel, Columbia var den første shuttle bygget og er 20.000 pund tungere end de andre orbitere. Opvarmningsmønstre afhænger af orbiterens holdning eller orientering under reentry, så det ville være fordelagtigt at udføre test for mindst to flyvninger af hver orbiter.
Der er kun seks tilbageværende rumfærgeflyvninger, før orbiterne er planlagt til at trække sig tilbage. Horvath siger, at forskerne håber, at de kan fortsætte med at afbilde de resterende missioner, men den endelige godkendelse afventer stadig. Vores evne til præcist at forudsige termiske data vil have en dyb indvirkning på design til nye køretøjer, siger han.