NASA采用RFID技術(shù)來追蹤火箭發(fā)射過程中的聲波振動

　　在佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心和位于帕特里克空軍基地的卡納維拉爾角空軍站，國家航空和航天局（NASA）采用RFID技術(shù)獲取航天飛機(jī)和火箭發(fā)射過程中的振動數(shù)據(jù)，同時計量（gauge的意思是設(shè)置規(guī)范，就是說確定振動模式和聲源的對應(yīng)關(guān)系，以便在日常分析中通過測量振動快速確定聲源）導(dǎo)致振動產(chǎn)生的聲源。由無線傳感器公司MicroStrain提供的這套解決方案，用的是內(nèi)置傳感器的2.4 GHz有源RFID標(biāo)簽，它們安裝在發(fā)射臺周圍的不同位置，以測量火箭發(fā)射期間產(chǎn)生的振動水平。美國宇航局通過對數(shù)據(jù)的分析，更深入地了解發(fā)射過程產(chǎn)生的聲波，并預(yù)測聲波振動對發(fā)射中心的設(shè)備和建筑帶來的潛在損害。今后航天局計劃將內(nèi)置壓力傳感器的RFID標(biāo)簽應(yīng)用到燃料倉或負(fù)責(zé)運送火箭到發(fā)射臺的巨型牽引機(jī)的履帶上。

　　今年初，肯尼迪航天中心最后一次航天飛機(jī)發(fā)射中，NASA航天工程師魯?shù)希≧udy Werlink） 和 拉維（Ravi Margasahayam）首次測試該無線系統(tǒng)?，F(xiàn)在，這兩人負(fù)責(zé)在卡納維拉爾角（美國國防部火箭發(fā)射集中地）繼續(xù)將該系統(tǒng)付諸應(yīng)用。

　　系統(tǒng)使用背景：幾十年來，美國航空航天局一直在研究可能由火箭發(fā)射產(chǎn)生的聲音、振動和累積壓力水平。Margasahayam說：很難預(yù)測火箭排氣與周圍空氣相互作用產(chǎn)生的聲波，同時聲音振動產(chǎn)生的累積應(yīng)力可能會對周圍的建筑物產(chǎn)生潛在的破壞。該項研究的目標(biāo)是確?；鸺l(fā)射地的設(shè)備以及周圍建筑安全、可靠、易于操作。然而，研究涉及幾英畝的土地上的大量設(shè)備和建筑物，非常復(fù)雜，要想實現(xiàn)以上目標(biāo)確有難度。

　　由于火箭發(fā)射有危險性，研究人員使用傳感器代替人工測試。使用有線傳感器的限制：其一，NASA能夠安裝有線傳感器的工程師有限；其二，有線傳感器的安裝位置受限。其三，火箭發(fā)射的惡劣環(huán)境會對電纜造成破壞；另外，長距離的線路傳輸會影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量。佛羅里達(dá)州發(fā)射中心不僅存在發(fā)射本身造成的機(jī)械破壞，而且存在來自自然環(huán)境的破壞。例如，有線連接的新聞攝像設(shè)備易受美洲鱷的攻擊。

　　系統(tǒng)介紹及使用過程：由于MicroStrain公司無線解決方案的安裝，傳感器可置于任何合理位置，然后將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)收集基站，基站的位置定位在視野廣闊的地帶，以最大限度地提高系統(tǒng)的讀取范圍。雖然每個傳感器都擁有一個內(nèi)置電池，工程師還配備外接電池，增加其使用壽命。與安裝有MicroStrain軟件的計算機(jī)相連接的閱讀器負(fù)責(zé)收集和儲存信息。通過以太網(wǎng)連接，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到稱為傳感云（SensorCloud）的Web服務(wù)器。目前美國宇航局還沒有使用以太網(wǎng)連接，而是利用MicroStrain軟件將數(shù)據(jù)存儲，一旦發(fā)射完成，安全區(qū)重新開放，人們就可以取出數(shù)據(jù)并作分析。

　　MicroStrain傳感器包括一個2.4 GHz有源RFID標(biāo)簽，符合IEEE 802.15.4空中接口協(xié)議（與ZigBee的標(biāo)準(zhǔn)相同），傳輸距離可達(dá)2公里（1.2英里）。標(biāo)簽接收傳感數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)信息，傳輸率為256次/每秒。

　　今年5月和7月，美國宇航局在肯尼迪航天中心分別執(zhí)行奮進(jìn)號STS – 134和特蘭蒂斯號STS - 135航天飛機(jī)的發(fā)射任務(wù)時，首次部署該系統(tǒng)。在這兩種發(fā)射任務(wù)中，美國航空航天局將3個MicroStrain傳感器安裝在距離發(fā)射臺39A約7，000英尺的鋁板上。Margasahayam說：在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究人員可對遠(yuǎn)場振動聲學(xué)對建筑產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。MicroStrain 公司的應(yīng)用專家Todd Nordblom說：閱讀器安裝在距離傳感器約200英尺的外圍建筑內(nèi)。

　　傳感器會在火箭發(fā)射后的三至五天內(nèi)繼續(xù)收集數(shù)據(jù)（由于發(fā)射完成后的幾天內(nèi)不可能移動傳感裝置），約3GB的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)。計算機(jī)一旦檢索到數(shù)據(jù)，便將信息轉(zhuǎn)發(fā)給SensorCloud服務(wù)器。然后利用MicroStrain工程師和美國宇航局的研究人員開發(fā)的過濾算法獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如發(fā)射過程中振動達(dá)到某特定水平的時間。

　　美國宇航局的研究人員根據(jù)測得的振動水平來計算聲波峰值。然后與以前的遠(yuǎn)場聲波估計數(shù)相比較，以確定其準(zhǔn)確性。測試數(shù)據(jù)與美國航空航天局的分析具有良好的相關(guān)性，表明兩者均是可靠的。

　　應(yīng)用遠(yuǎn)景：據(jù)Margasahayam說，下一步將壓力傳感標(biāo)簽用來衡量復(fù)合材料壓力管（composite overwrapped pressure vessels ，簡稱COPV，用于存儲加壓液體）的變形程度。另外，壓力傳感標(biāo)簽也可應(yīng)用于負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運火箭的履帶式牽引機(jī)上。

　　此外，該傳感器可用于近發(fā)射臺的操作。但是，人們擔(dān)心，在發(fā)射倒數(shù)計時，傳感器標(biāo)簽的射頻信號會干擾宇航員和地面控制中心之間的通信。然而，Margasahayam說可以改進(jìn)該項技術(shù)，使得發(fā)射倒計數(shù)一開始就立即遠(yuǎn)程操作停止該RFID系統(tǒng)的信號發(fā)射。