奇石乐助力空中客车防务及航天公司研发“猎户座”飞船服务舱

“阿波罗”11 号飞船登月时隔 50 年之后,“猎户座”飞船开启了载人航天历史上的新篇章。“猎户座”飞船计划由美国国家航空航天局 (NASA) 主导推进,欧洲航天局(ESA)提供支持。空中客车防务及航天公司Airbus Defence & Space 代表欧洲航天局负责研发“猎户座”飞船的 ESM 服务舱。在该服务舱内,推进装置紧邻许多重要的技术部件,这意味着必须进行大量的测试,确保服务舱设计上的安全性。奇石乐的测量技术专家利用压电式压力传感器,测量燃料管道中可能出现的危险压力冲击,获取到关键信息,助力 Airbus 的研发工作。

经过全面测试后,“猎户座”飞船(多用途载人飞船,简称 MPCV)预计将于 2023 年再次载人登月。在完成此任务后, MPCV 可实现载人航天飞行首次到达火星。“猎户座”飞船在 NASA 组装完成后,ESA 提供的 ESM 服务舱将直接安装在乘员舱之下。ESM 配备推进装置、发电和控制设备、空调,以及用于供应水、氧气和氮气的重要设备。

这是 NASA 首次在关键部件中采用美国以外的技术。NASA 作此决定的一个关键因素是 ESA 在自动运载飞船(ATV)方面的卓越表现,ESA 的 ATV 能自动与国际空间站(ISS)对接。ESA 的参与也意味着欧洲宇航员将有机会加入下一次登月飞行。空中客车防务及航天公司Airbus Defence & Space 受 ESA 委托,研发建造 ESM 服务舱,第一个 ESM 服务舱已于 2018 年 11 月交付至美国。在交付前,该服务舱在不来梅进行了全面的功能和稳定性测试。

精准监控燃料系统中的压力冲击

主推进装置包含一组航天飞机发动机,由八台中型 Aerojet Rocketdyne发动机和 24 台 Airbus 自主研发的小型发动机组成。测试时,空中客车Airbus 使用了推进检测模型(PQM),该模型只有 12 台小型发动机工作,而非实际的 24 台。ESM 服务舱的推进系统需要尤为详尽的测试,因为 ESM 中关系到机组人员生存的重要设备直接就在推进系统附近:在太空出现故障会造成致命后果。PQM模型本身不用于航天飞行,它完全是作为测试模型,确保不同环境中针对复杂技术的功能性测试时获取准确信息。

燃料阀中的压力冲击是一种特殊的危险源,因此必须提前对其进行严格检查。此类压力冲击由水锤效应(也称儒可夫斯基水头)引起。当打开或关闭阀门时,液体燃料会在一毫秒内出现压力波动,造成极速冲击。打开或关闭阀门的速度越快,压力冲击便越强。这种压力变化不得超过规定的值,因为压力冲击过大会损坏管道或其他关键部件。遇到最坏的情况时,甚至可能发生爆炸,因为快速压缩会点燃肼类(火箭燃料)。

为避免发生此类情况,实现阀门系统的精准调整,Airbus 在其测试中使用了奇石乐的压电式压力传感器。推进检测模型中共安装了 40 个 601C BA 00070.0 传感器。这种可在 -196℃ 至 350℃ 的温度范围内提供可靠且高度准确的信息;其测量范围为 0 至 70 bar。得益于内置放大电路技术(IEPE),无需安装额外电荷放大器,测试系统也可正常运行。测量使用同轴电缆,即可传输电压信号,也可进行供电。传感器体积小巧,直径仅 5.5 毫米,特别适合火箭发动机使用:传感器安装于推进装置内部,阀门的前端和后端,用于监测压力的快速变化。工程师可使用测量结果来验证其计算过程,并确保在任何情况下都不超过压力限值。如有必要,还可以进行调整。

可靠的测量结果保障月球之旅

空中客车Airbus 已向美国交付 PQM,包括传感器技术;NASA 正在对该测试模型进行进一步试验。与此同时,不来梅的工程师和技术人员已着手制造第二个 ESM 服务舱,因为服务舱在太空中只能使用一次。此外,空中客车防务及航天公司Airbus Defence & Space 又订购了 10 个压力传感器,用于对 Airbus 小型发动机进行进一步测试。未来,该公司还将有赖于奇石乐的传感器技术及丰富的经验。

尤其在载人航天飞行中,提前测试必不可少,这样才能做到 100% 确定实际航天飞行的一切事项都会按计划进行。因此,获得传感器技术和测量数据处理领域专家的支持非常重要。."

Airbus D&S PQM 测试工程师 Florian Hasenknopf

 

奇石乐同样积极参与到合作中“我们的传感器能为载人航天飞行的安全可靠发挥关键作用,对此我们十分自豪。”奇石乐压力传感器产品经理 Ricardo Rodrigo 表示。

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