福祿克儀表應用在航空航天中
使用數(shù)字式溫度計,測量熱防護系統(tǒng)瓦片-福祿克儀表應用在航空航天中 當美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機在 2005 年夏天帶著巨大的轟鳴直入太空時,福祿克的儀表也隨它一起穿越了地球的大氣層。 這并不是福祿克儀表的首次太空之旅。在此之前,福祿克的測試工具經(jīng)常被招來以超越地球的重力。但是這次,它卻承擔著真正重要的使命。 Fluke 54 系列 II 數(shù)字式溫度計和 80PK-27 表面接觸探頭專為太空中使用精心打造,安裝在熱防護保護系統(tǒng) (TPS) 瓦片中,保護著航天飛機不會受大氣摩擦產(chǎn)生的極高熱量的影響,甚至在寒冷的太空真空中也能夠進行維修。 發(fā)現(xiàn)號在 2005 年夏天的重返太空之旅,是自哥倫比亞號航天飛機的悲劇事故之后的首次航天飛機飛行。除了向國際空間站輸送補給和設(shè)備之外,歷時 12 天的飛行使命還包括在太空中進行以前從未進行過的檢查與維修技術(shù)測試。身著由鋁、聚酯和織物制成的太空防護服的 Fluke 54,伴隨著宇航員們完成了第 5 天的太空行走。 在太空中實施維修成為上次哥倫比亞號航天飛機失事后人們優(yōu)先關(guān)注的問題。該航天飛機在 2003 年 2 月 1 日重返大氣層時在德克薩斯州上方發(fā)生解體。在兩年多時間里,隨著調(diào)查人員們對事故原因進行調(diào)查并制定修復措施,航天飛機飛行計劃被擱淺了。 哥倫比亞號航天飛機事故調(diào)查委員會得出結(jié)論說,一塊隔熱泡沫在起飛時從哥倫比亞號的外燃油箱上脫落,擊中并損壞了航天飛機左機翼處的熱防護瓦。 在哥倫比亞號事故之后,人們開始警醒起來。泡沫脫落問題以前也發(fā)生過,但由于哥倫比亞號的宇航員不能進行太空行走,因而無法在飛行中對 TPS 系統(tǒng)進行檢查 - 也沒有現(xiàn)成的問題修復方法。即使哥倫比亞號的宇航員已證實飛行過程中發(fā)生損壞,他們也幾乎沒有任何對其進行修復的方法。 事故調(diào)查委員會建議對燃油箱進行改動,以防止航天飛機起飛時燃油箱上的隔熱泡沫脫落。但隔熱泡沫并不是航天飛機所面臨的唯一外界碎片威脅?!疤绽焙臀⒘餍求w也可帶來表面破壞。因此調(diào)查委員會還建議美國國家航空和航天局 (NASA)“制定出一種檢查對熱防護系統(tǒng)造成的******可能范圍破壞并實施緊急維修的實用方法?!?/P> 截至到 2005 年,這些維修方法已做好了接受測試的準備。在發(fā)現(xiàn)號飛行的第 5 天中進行的首次太空行走中,宇航員 Steve Robinson 和 Soichi Noguchi 來到航天飛機的外面,并在外面的樣品熱防護瓦上演示了維修技術(shù)。 NASA 制定出兩種維修技術(shù):機械方法和化學方法。用于將修補材料固定到航天飛機防護層上的機械方法可在地面上精確進行測試。但化學修補系統(tǒng)(本質(zhì)上為高科技膠水和填料)可能會受到太空中真空的影響,以及航天飛機從地球陰影中運行到陽光下時的溫度變化影響(范圍在零下 250 華氏度到 258 華氏度)。必須在太空環(huán)境中對這些化學系統(tǒng)加以驗證。 因此,改進后的 Fluke 54 在太空中被用于對覆蓋航天飛機頭部和機翼處關(guān)鍵性前伸表面的加強碳-碳鍵 (RCC) 材料的維修進行測試。在航天飛機降落過程中,這些表面會在足以使鋼發(fā)生熔化的高溫下達到白熱。正是這些地方發(fā)生的損壞使哥倫比亞號從空中墜落。 NASA 指定總部位于馬里蘭州貝茲維爾市的股份制工程公司 Swales Aerospace 來準備 Fluke 54 以完成太空任務(wù)。根據(jù) Swales Aerospace 的測試工程師 George Tansill 的說法,只需要進行很少的改變,這讓人感到驚訝。 所看到的第一個改變是儀表有了新的外殼,或者稱為太空服。材料為灰色塑料的 Fluke 54 被裝在一個 3.5 磅重的防護性鋁外殼中,該外殼又用一個由反射性聚酯塑料制成的多層覆蓋層包裹起來。外面是一層白色 Beta 布,這是一種浸漬了聚四氟乙烯的織造玻璃纖維材料。宇航員用于太空行走的防護服也使用了這種材料。一個塑料窗口將 Fluke 54 的屏幕罩住。宇航員可以在窗口上面再放上一塊隔熱毯以進一步放慢熱量損失。 太空中的溫度變化非常大。陽光下的物體會迅速升溫,而那些陰影中的物體則溫度極低。宇航員們將 Fluke 54 裝在一個輔助袋中帶到工作地點,然后將隔熱外殼夾到他們的太空服上或工作位置處。由于增加鋁外殼防護措施并通過聚酯材料隔離層加以保護,該福祿克儀器可在航天飛機外長達 8 小時內(nèi)保持在其工作范圍內(nèi)。 惡劣的太空環(huán)境還要求進行其他方面的改動。由于擔心宇宙顆粒的撞擊可能會影響儀器的軟件,因此 Swales 的工程師們安裝了一個外部開關(guān)以可靠斷開 Fluke 54 的電池。如果發(fā)生了撞擊,則將電池關(guān)閉然后再接通可以將軟件復位。 其他的改變可幫助達到一個基本工程目標:務(wù)求簡單 (KISS)。太空溫度計只具有一個按鈕,僅用于一次溫度測試。在該裝置的使用端是一個 Fluke 80PK-27 工業(yè)表面探頭,它被截短并與鋁外殼剛性連接。 盡管使用簡單,該太空溫度計卻有著一個重要使命。在測試一種用于填補 RRC 板中****** 4 英寸長和 0.02 英寸寬的裂縫用的一種“斯巴克填充劑”時,Robinson 和 Noguchi 使用它來檢查表面溫度。這種稱為 NOAX(非氧化物粘合劑試驗材料的英文縮寫)的陶瓷先驅(qū)體聚合物密封劑,使用碳-碳化硅粉末進行了浸漬。它設(shè)計用于將外燃油箱發(fā)生小塊泡沫材料脫落時產(chǎn)生的任何可能的損壞進行修復。 宇航員們使用與刮刀類似的手工工具來將材料填補到裂縫中,并將修補處進行平滑處理,然后根據(jù)需要對修補區(qū)域進行加熱。Tansill 認為,航天飛機指揮人員可通過將飛機定位并建立一個可******暴露于陽光之下的軌道來控制工作位置的溫度。 |