Команда разрабатывает прототип топливомера для орбиты
В космосе жидкости ведут себя не так хорошо, как на Земле. Внутри космического корабля микрогравитация позволяет жидкостям свободно плескаться и плавать.
Это поведение составило топливо количество в спутниках трудно определить, но новый прототип топливомера, разработанный в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), может предложить идеальное решение. Датчик, описанный в Журнал космических аппаратов и ракет , может в цифровом виде воссоздать трехмерную форму жидкости на основе ее электрические свойства . Дизайн потенциально может предоставить спутниковые операторы с надежными измерениями, которые помогут предотвратить столкновение спутников и продлить их работу.
«Каждый день пребывания на орбите спутника Приносит, вероятно, миллионы долларов дохода, - сказал Ник Дагалакис, член NIST инженер-механик и соавтор исследования. «Операторы хотят использовать каждую каплю топлива, но не настолько, чтобы опустошать бак».
Если пустить бак спутника всухую, он может остаться на своей первоначальной орбите без топлива, чтобы избежать столкновения с другими спутниками и образования опасных облаков мусора.
Чтобы снизить вероятность столкновения, операторы экономят последние несколько капель топлива, чтобы выбросить спутники на орбиту захоронения, за сотни километров от работающего космического корабля. Однако они могут тратить топливо в процессе.
На протяжении десятилетий измерение топлива в космосе не было точной наукой. Один из наиболее часто используемых методов заключается в оценке количества топлива, сжигаемого при каждой тяге, и вычитании этого количества из объема топлива в баке. Этот метод довольно точен на начальном этапе, когда бак почти полностью заполнен, но ошибка каждой оценки распространяется на следующую, увеличиваясь с каждым толчком. К тому времени, когда уровень танка заканчивается, оценки становятся больше похожими на приблизительные предположения и могут ошибаться на целых 10%.
Без надежных измерений операторы могут отправлять спутники с топливом в баке на досрочный выход на пенсию, потенциально оставляя на столе значительную сумму денег.
В концепции нового датчика, изначально разработанной Манохаром Дешпанде, менеджером по передаче технологий в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, используется недорогой метод трехмерной визуализации, известный как объемная электрическая емкостная томография (ECVT).
Как и компьютерный томограф, ECVT может приблизительно определить форму объекта, проводя измерения под разными углами. Но вместо рентгеновских лучей электроды излучают электрические поля и измеряют способность объекта накапливать электрический заряд или емкость.
Дешпанде обратился к Дагалакису и его коллегам из NIST, имевшим предыдущий опыт изготовления емкостных датчиков, чтобы помочь воплотить свои разработки в реальность.
В чистой комнате NanoFab в Центре наноразмерной науки и технологий NIST исследователи изготовили сенсорные электроды, используя процесс, называемый мягкой литографией, при котором они печатали рисунки чернилами на медных листах с гибкой пластиковой основой. Затем коррозионный химикат вырезал обнаженную медь, оставив желаемые полосы металла, сказал Дагалакис.
Команда выложила гибкими датчиками внутреннюю часть яйцевидного контейнера, смоделированного по образцу одного из топливных баков НАСА. Внутри резервуара электрические поля, излучаемые каждым датчиком, могут восприниматься другими. Но какая часть этих полей в конечном итоге передается, зависит от емкости любого материала внутри резервуара.
«Если у вас нет топлива, у вас самая высокая передача, а если у вас есть топливо, у вас будут более низкие показания, потому что топливо поглощает электромагнитную волну», - сказал Дагалакис. «Мы измеряем разницу в передаче для каждой возможной пары датчиков, и, объединив все эти измерения, вы можете узнать, где находится топливо, а где его нет, и создать трехмерное изображение».
Чтобы проверить, как могут выглядеть возможности новой системы по измерению уровня топлива в космосе, исследователи подвесили наполненный жидкостью баллон в баке, имитируя жидкую каплю в условиях микрогравитации.
Многие жидкости, обычно используемые для приведения в движение спутников и космических кораблей, такие как жидкий водород и гидразин, легко воспламеняются в богатой кислородом атмосфере Земли, поэтому исследователи решили испытать что-то более стабильное, сказал Дагалакис.
По рекомендации Дешпанде они заполнили воздушные шары жидкостью-теплоносителем, обычно используемой для хранения или рассеивания тепловой энергии в промышленных процессах, поскольку она точно имитировала электрические свойства космического топлива.
Исследователи активировали систему и отправили данные о емкости в компьютер, который произвел серию двухмерных изображений, отображающих местоположение жидкости по всей длине танк . При компиляции изображения дали возможность трехмерного изображения воздушного шара с диаметром, который менее чем на 6% отличался от фактического диаметра воздушного шара.
«Это всего лишь экспериментальный прототип, но это хорошая отправная точка», - сказал Дагалакис.
В случае дальнейшего развития система ECVT могла бы помочь инженерам и исследователям преодолеть несколько других проблем, связанных с поведением жидкости в космосе.
«Эту технологию можно использовать для непрерывного мониторинга потока жидкости во многих трубах на борту Международной космической станции и для изучения того, как небольшие силы плескания жидкости могут изменить траекторию космических кораблей и спутников», - сказал Дешпанде.
Похожие новости
В космосе жидкости ведут себя не так хорошо, как на Земле. Внутри космического корабля микрогравитация позволяет жидкостям свободно плескаться и плавать.
Это поведение составило топливо количество в спутниках трудно определить, но новый прототип топливомера, разработанный в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), может предложить идеальное решение. Датчик, описанный в Журнал космических аппаратов и ракет , может в цифровом виде воссоздать трехмерную форму жидкости на основе ее электрические свойства . Дизайн потенциально может предоставить спутниковые операторы с надежными измерениями, которые помогут предотвратить столкновение спутников и продлить их работу.
«Каждый день пребывания на орбите спутника Приносит, вероятно, миллионы долларов дохода, - сказал Ник Дагалакис, член NIST инженер-механик и соавтор исследования. «Операторы хотят использовать каждую каплю топлива, но не настолько, чтобы опустошать бак».
Если пустить бак спутника всухую, он может остаться на своей первоначальной орбите без топлива, чтобы избежать столкновения с другими спутниками и образования опасных облаков мусора.
Чтобы снизить вероятность столкновения, операторы экономят последние несколько капель топлива, чтобы выбросить спутники на орбиту захоронения, за сотни километров от работающего космического корабля. Однако они могут тратить топливо в процессе.
На протяжении десятилетий измерение топлива в космосе не было точной наукой. Один из наиболее часто используемых методов заключается в оценке количества топлива, сжигаемого при каждой тяге, и вычитании этого количества из объема топлива в баке. Этот метод довольно точен на начальном этапе, когда бак почти полностью заполнен, но ошибка каждой оценки распространяется на следующую, увеличиваясь с каждым толчком. К тому времени, когда уровень танка заканчивается, оценки становятся больше похожими на приблизительные предположения и могут ошибаться на целых 10%.
Без надежных измерений операторы могут отправлять спутники с топливом в баке на досрочный выход на пенсию, потенциально оставляя на столе значительную сумму денег.
В концепции нового датчика, изначально разработанной Манохаром Дешпанде, менеджером по передаче технологий в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, используется недорогой метод трехмерной визуализации, известный как объемная электрическая емкостная томография (ECVT).
Как и компьютерный томограф, ECVT может приблизительно определить форму объекта, проводя измерения под разными углами. Но вместо рентгеновских лучей электроды излучают электрические поля и измеряют способность объекта накапливать электрический заряд или емкость.
Дешпанде обратился к Дагалакису и его коллегам из NIST, имевшим предыдущий опыт изготовления емкостных датчиков, чтобы помочь воплотить свои разработки в реальность.
В чистой комнате NanoFab в Центре наноразмерной науки и технологий NIST исследователи изготовили сенсорные электроды, используя процесс, называемый мягкой литографией, при котором они печатали рисунки чернилами на медных листах с гибкой пластиковой основой. Затем коррозионный химикат вырезал обнаженную медь, оставив желаемые полосы металла, сказал Дагалакис.
Команда выложила гибкими датчиками внутреннюю часть яйцевидного контейнера, смоделированного по образцу одного из топливных баков НАСА. Внутри резервуара электрические поля, излучаемые каждым датчиком, могут восприниматься другими. Но какая часть этих полей в конечном итоге передается, зависит от емкости любого материала внутри резервуара.
«Если у вас нет топлива, у вас самая высокая передача, а если у вас есть топливо, у вас будут более низкие показания, потому что топливо поглощает электромагнитную волну», - сказал Дагалакис. «Мы измеряем разницу в передаче для каждой возможной пары датчиков, и, объединив все эти измерения, вы можете узнать, где находится топливо, а где его нет, и создать трехмерное изображение».
Чтобы проверить, как могут выглядеть возможности новой системы по измерению уровня топлива в космосе, исследователи подвесили наполненный жидкостью баллон в баке, имитируя жидкую каплю в условиях микрогравитации.
Многие жидкости, обычно используемые для приведения в движение спутников и космических кораблей, такие как жидкий водород и гидразин, легко воспламеняются в богатой кислородом атмосфере Земли, поэтому исследователи решили испытать что-то более стабильное, сказал Дагалакис.
По рекомендации Дешпанде они заполнили воздушные шары жидкостью-теплоносителем, обычно используемой для хранения или рассеивания тепловой энергии в промышленных процессах, поскольку она точно имитировала электрические свойства космического топлива.
Исследователи активировали систему и отправили данные о емкости в компьютер, который произвел серию двухмерных изображений, отображающих местоположение жидкости по всей длине танк . При компиляции изображения дали возможность трехмерного изображения воздушного шара с диаметром, который менее чем на 6% отличался от фактического диаметра воздушного шара.
«Это всего лишь экспериментальный прототип, но это хорошая отправная точка», - сказал Дагалакис.
В случае дальнейшего развития система ECVT могла бы помочь инженерам и исследователям преодолеть несколько других проблем, связанных с поведением жидкости в космосе.
«Эту технологию можно использовать для непрерывного мониторинга потока жидкости во многих трубах на борту Международной космической станции и для изучения того, как небольшие силы плескания жидкости могут изменить траекторию космических кораблей и спутников», - сказал Дешпанде.
Марсоход НАСА Perseverance находится на полпути к Марсу
Все о космосе
Данные Юноны указывают на то, что «спрайты» или «эльфы» резвятся в атмосфере Юпитера
Все о космосе
Геологи моделируют почвенные условия, чтобы помочь выращивать растения на Марсе
Все о космосе
Изображение: Космические эндотелиальные клетки человека
Все о космосе
Метеорит «Огненный шар» содержит нетронутые внеземные органические соединения
Все о космосе
Вода на Луне: исследования раскрывают ее тип и изобилие, что расширяет планы исследований
Все о космосе
Луна богаче водой, чем когда-то думали
Все о космосе
НАСА начнет деликатную укладку образцов астероида OSIRIS-REx
Все о космосе
Tupperware стреляет по звездам с помощью устройства, предназначенного для выращивания овощей в космосе
Все о космосе
SpaceX начинает развертывание Интернета Starlink, надеясь, что это профинансирует полеты на Марс
Все о космосе
| « Сентябрь 2023 » | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Пн | Вт | Ср | Чт | Пт | Сб | Вс |
| 1 | 2 | 3 | ||||
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |