HOT SHOT-resultater kan spare forsvarsteknologiske udviklere for tid og penge

En tidlig milepæl for udvikling af missilteknologier er at vise, at de kan arbejde i computersimuleringer eller storskala felttest, der ryster og spinder komponenter uden at falde i stykker.

"Skruer kan bakke ud; ting kan gå i stykker, " sagde Greg Tipton, en strukturel dynamikingeniør ved Sandia National Laboratories. Lignende test udføres i auto, fly- og rumfartsindustrien.

Nu, en analyse af HOT SHOT-sonde raketdata har afsløret en måde at forbedre disse tests på, give en tidligere, mere præcis indikator for, om en eksperimentel teknologi i sidste ende vil lykkes i flyvningen. Dette kan spare skatteydernes penge ved at eliminere cirka et års ekstra forskning og udvikling, der normalt er nødvendig for at få det samme informationsniveau.

I en række eksperimenter, Tipton og hans team klædte indersiden af ​​klingende raketter med instrumenter på størrelse med ærter, der måler vibrationer. Deres arbejde har produceret et mere komplet billede af flyvibrationer, som nu bliver brugt til at skabe mere nøjagtige simuleringer og jordforsøg.

"Flyv giver dig kombinerede miljøer, som du ikke ville få på jorden, " sagde Tipton. "Så, den snurrer og den accelererer og den vibrerer, der er stød. Det er en helt anden form for miljø."

Olga Spahn, Sandias leder over HOT SHOT-nyttelastintegration, forklarede, at at have bedre data på et tidligt udviklingsstadium kunne skabe muligheder for at udforske nye, innovative ideer ved at reducere risikoen for fiasko. Det kunne også forbedre den overordnede ydeevne af fremtidige missilsystemer ved at fremme udviklingen af ​​komponenter, der reducerer størrelsen, vægt og effektkrav.

En ny måde at forudsige flyvibrationer

HOT SHOT-programmet måler virkningerne af en raketopsendelse på prototyper af nuklear afskrækkelsesteknologier. Hver flyvning indeholder flere eksperimenter fra forskere på tværs af National Nuclear Security Administrations netværk af laboratorier, fabrikker og beslægtede institutioner. Sandia kombinerer disse eksperimenter til en nyttelast, der kører på en fælles strømkilde og datatransmissionssystem. Sandia bygger raketterne, integrerer eksperimenterne og driver opsendelserne for NNSA.

I maj 2018, Tipton og hans team leverede deres eget eksperiment. De byggede en falsk komponent til raketten, som de kaldte "bryllupskagen, " efter dens form. Så dekorerede de den med vibrationssensorer. Efter lanceringen, de spillede et matematisk spil med de data, de fik tilbage. Kender kun vibrationsdata fra nogle få sensorer, de forsøgte at beregne aflæsningerne på hver anden sensor.

"Vi viste, at vi kunne gøre dette og forudsige, hvad vibrationsmiljøerne var stort set overalt på den struktur, " sagde Tipton.

I april, de gentog eksperimentet, denne gang udstyret med hele nyttelastsektionen af ​​to raketter, måling af vibrationer på og omkring mere end et dusin stykker eksperimentelt hardware. Indledende analyse af disse data har antydet, at de kan forudsige vibrationer på stort set ethvert punkt i rummet inden for den del af raketten.

"Med denne sidste runde af flyvninger, vi tilføjede lidt endnu et lag af kompleksitet, " sagde Brandon Zwink, en ingeniørkonsulent, der arbejdede med Tiptons team og hjalp med at analysere dataene. "Fordi oprindeligt med bryllupskagen, vi havde hardware, der var specielt designet til at fungere med dette. Og nu instrumenterer vi virkelig hardware, der du ved, det er flyve hardware. Vi havde virkelig ikke noget input til designet af det. Det var ikke designet til dette eksperiment, det er bare, hvad det var."

For at realisere de potentielle omkostningsbesparelser, Sandia-teamet skal nu genskabe HOT SHOT-flyvemiljøet ved hjælp af jordtestteknologi. Hvis det lykkes, dette vil være en sofistikeret testplatform, der genererer flere og bedre data, end der normalt er tilgængelige for missilteknologier i tidlige udviklingsstadier. Holdet udforsker akustik og vibrerende patches som måder at genskabe komplekse vibrationsmønstre, der er svære at gengive ved brug af konventionelle rysteborde alene.

Yderligere to HOT SHOT-flyvninger blev lanceret den 28. august fra Sandias Kauai Test Facility på Hawaii. Zwink satte mikrofoner rundt om opsendelsesstedet for at måle lyd produceret af raketten, som kan bidrage til vibrationer.