驶向无垠太空:奇石乐解决方案助力航天事业持续发展


Ambitious taikonauts, the race to Mars, commercial operators and space tourists: it's becoming difficult to keep track of everything that's happening in space. But one thing remains constant: for over 60 years, Kistler has been providing high-performance measurement technology, advisory support and worldwide service for spaceflight programs across the globe – an overview of our current activities.

During the 20th century, the rivalry between the two superpowers – the USA and the USSR – was also played out in space. But the situation in the 21st century is different altogether: many new players have emerged to keep driving space exploration ahead and stake their claim to the unique mix of prestige and technological challenges that spaceflight offers. For over 60 years, Kistler has partnered with numerous countries and enterprises throughout the world, proudly supporting them with reliable high-precision measurement technology for use in diverse application areas.

The success of projects such as the International Space Station (ISS) – manned continuously for almost 20 years – show that science and technology can even build bridges across political divides. The ISS, which is operated by four nations and the ESA (European Space Agency), has already played host to astronauts from 16 nations. Somewhat overshadowed by this project, several other nations have also accomplished the leap into space: the list is headed by China, which has achieved some remarkable successes in a relatively short period. And due in part to the USA's ban on Chinese participation in the ISS, China is already operating its own space station. India, South Korea, Iran, New Zealand and some of the states on the Arabian Peninsula (Saudi Arabia, Qatar, and the United Arab Emirates) number among the new players.

Many new projects and activities have been developing in space, even if they are somewhat overshadowed by the ISS.
Many new projects and activities have been developing in space, even if they are somewhat overshadowed by the International Space Station (ISS).

拥有雄心壮志的中国航天员、火星载人飞行任务、太空设备商业运营商和太空旅客:人类开拓太空的活动日新月异,探索宇宙的足迹不断更迭。但是,60余年来,奇石乐始终坚守,持之以恒地为全球的航天项目提供卓越的测量技术、咨询支持和服务。下文概述了奇石乐目前涉足的航空航天活动。

20世纪,美国和苏联两强争霸,两国之间的竞争也延续到了太空之中。到了21世纪,世界格局发生了翻天覆地的变化,许多新的玩家崭露头角,他们共同追求航空带来的盛誉、迎接航空技术的挑战,共同推动着太空探索向前发展。60余年来,奇石乐与全球的许多国家和企业合作,可靠的高精准测量技术被广泛应用于多个领域,这让我们深感自豪。

时至今日,国际空间站(ISS)已持续运行了近20年,与此类似的多个航天计划先后取得成功,证明科学和技术可以超越政治分歧,建设一道合作的桥梁。国际空间站由四个国家和欧洲航天局(ESA)共同运行,已接待来自16个国家的多名宇航员。虽然其他国家的航天计划规模尚且不及国际空间站,但都纷纷迈出探索宇宙的步伐:中国首当其冲,在较短的时间内取得了惊人的成就。某种程度上而言,由于美国禁止中国参与国际空间站项目,中国已着手运行自己的空间站。印度、韩国、伊朗、新西兰和阿尔巴尼亚半岛的一些国家(沙特阿拉伯、卡塔尔和阿联酋)也开启了太空探索之旅。

私人航天时代的光明前景

21世纪,商业化是航天领域的一个全新趋势。2020年5月30日,SpaceX公司研制的猎鹰9号(Falcon 9)火箭成功发射,将同样由SpaceX研制的美国航空航天局(NASA)载人龙(Crew Dragon)飞船送上国际空间站。这是一项卓越成就,对于SpaceX创办人埃隆·马斯克而言更是如此:自首次太空穿梭计划后近十年来,载人航天任务终于再次从美国本土升空。全球的其他商企业也在跃跃欲试,寻求全新技术,推动太空旅行技术发展。

此外,2020年是火星之年——全球范围内已至少启动3个火星探测任务。在太阳系中,火星与地球的构造较为相似,因此备受关注。霍曼转移轨道(Hohmann Transfer Orbit)是飞往火星的最短路线,而使用该轨道的时机每26个月才会出现一次。NASA准备向火星发射第五个火星探测车,并且正在测试新的火星探测车;与此同时,中国将启动首次火星探测任务。阿联酋的火星探测活动最令人惊讶,其航天部门成立仅六年,便发射了“希望号”(Hope)火星探测器,预期进入绕火星运行轨道。

高度精准的测量技术,确保航天设备运行可复现性

奇石乐为上述航天计划提供了哪些支持?了解奇石乐的测量解决方案,以及它们如何在实践中为航天计划提供支持。奇石乐的解决方案包括:

太空是指距地面100公里以上的空间,高能火箭是抵达太空的唯一方式。奇石乐力传感器和测力仪能够测量发动机的多分力/力矩。压力传感器和加速度计能够确保超高温下的测量稳定性,也可用于在测试中检测燃烧不稳定性。此类测量基础都得益于奇石乐专利技术培育的特殊压电晶体,可承受高达700°C的高温,短时间内甚至能够承受超过1,000°C的高温。

奇石乐同样提供用于静态压力监测的压阻式测量解决方案,可监测发动机静态或准静态压力。确保可靠且可复现的测试与检测手段,此类解决方案至关重要。

拥有了可以飞离地球重力场的运载火箭,又该如何将有效载荷可靠地的运送到卫星轨道、甚至太空之中呢?在卫星的发射和飞行过程中,部分有效载荷可能承受极高的机械应力,因此,在将卫星运送至轨道之前,需要进行大量环境和载荷可靠性测试。奇石乐在此方面也同样提供适合研发测量的工具,例如,奇石乐提供坚固耐用的加速度计,用于测量卫星发射各个过程中产生的振动。在航天飞行中,所有组件都必须具备轻量、坚固和紧凑的特点,组件重量每增加1kg,都会额外带来至少5位数的成本。此外,整个测量链的低释气性同样至关重要,因为产品排气会对设备和其他产品造成严重的损害。

适用于特殊应用的创新型解决方案

事实证明,在检查测试台的有效载荷时(例如,力限振动测试(FLVT)),使用力传感器和载荷单元有助于预防过试验(机械共振引发造成的产品损伤)。针对该应用,用户可选用适合的奇石乐压电式力传感器,将其配置于特殊的环形结构中,甚至可以设置一个控制闭环,在力限振动的环境模拟中根据振动台来调整加速度。

此外,奇石乐开发的高性能测力仪(例如9236A)采用全新的陶瓷台面,将超高固有频率、高灵敏度和测量精准度相结合。在卫星摄像设备中,避免微振动和抖动的产生能够显著提升高分辨率图像的质量。

为支持工程师研发新技术,应对航天挑战,奇石乐还提供针对低温测试等应用场合的多种解决方案。奇石乐数十年的丰富经验,以及遍布全球的集团分部,始终如一地为所有解决方案提供支持。不论在身处何地,客户都能在航天计划中获得奇石乐的宝贵支持:除卓越的测量产品和解决方案外,奇石乐还提供研发合作伙伴关系、技术咨询和本地服务。