食品機(jī)械設(shè)備網(wǎng)
公司動(dòng)態(tài)
智能蒙皮讓你體驗(yàn)不一樣的感覺(jué)！
閱讀：1290 發(fā)布時(shí)間：2010-8-4 我們難忘人類為探索和認(rèn)識(shí)太空而付出的犧牲。然而，這種以生命和航天飛機(jī)為代價(jià)的付出是很難讓人承受的。航空航天飛行安全的需求促進(jìn)了智能蒙皮（Smart Skin）等技術(shù)的發(fā)展。
由于技術(shù)原因而在兩年內(nèi)13次推遲發(fā)射的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)，zui終于
發(fā)射階段，航天飛機(jī)各系統(tǒng)工作正常。然而，助推燃料箱外敷的保溫泡沫材料，因受熱膨脹從燃料箱上大量脫落，其中一塊手提箱大小的泡沫材料高速撞擊到航天飛機(jī)的左翼。撞擊過(guò)程被監(jiān)控錄像記錄并傳到控制中心。由于航天飛機(jī)在重返大氣層時(shí)，速度高達(dá)1.7萬(wàn)千米/小時(shí)，在與空氣劇烈摩擦中，航天飛機(jī)表面會(huì)產(chǎn)生
專家們從錄像上無(wú)法判斷究竟是僅損傷了陶瓷絕熱片還是擊穿陶瓷片進(jìn)而傷及翼板，而宇航員們從駕駛艙根本無(wú)法看到兩翼，加之來(lái)自航天飛機(jī)的遙測(cè)信號(hào)也都正常。鑒于以往泡沫材料的脫落已是家常便飯，于是，地面專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出沒(méi)有傷及翼板、不影響此次任務(wù)的結(jié)論。
一年半之后，NASA公布了調(diào)查結(jié)果：一塊重達(dá)0.75千克的泡沫材料高速撞擊航天飛機(jī)左翼前緣的熱保護(hù)系統(tǒng)并形成裂隙。航天飛機(jī)重返大氣層后，超高溫氣體從裂隙處進(jìn)入機(jī)體，zui終造成航天飛機(jī)解體。
之后，NASA制定了新的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定脫落的泡沫材料zui大重量不得超過(guò)
通常，外來(lái)物對(duì)航天飛機(jī)撞擊造成的損害有三種：一是擊中要害直接造成航天飛機(jī)被摧毀；二是撞擊產(chǎn)生的形變影響到航天飛機(jī)的氣動(dòng)性能，進(jìn)而在重返大氣層后造成航天飛機(jī)飛行姿態(tài)的失控；三是遭遇到與哥倫比亞號(hào)相同情況。
因此，如何確定航天飛機(jī)熱保護(hù)系統(tǒng)是否受到損傷以及損失的程度，就成為安全飛行的重要問(wèn)題。
NASA航天飛機(jī)設(shè)計(jì)師Scott Hubbard事后分析道，哥倫比亞號(hào)是美國(guó)建造的首架航天飛機(jī)，它是基于上世紀(jì)70年代的技術(shù)水平建造，并于
事實(shí)上，即便是計(jì)算機(jī)性能足夠強(qiáng)大，而且機(jī)翼內(nèi)嵌的溫度傳感器的信號(hào)也傳送到*計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，慘劇依舊不可避免。因?yàn)楹教祜w機(jī)處在太空，空氣稀薄，損傷部位的溫度不會(huì)產(chǎn)生變化，飛行姿態(tài)也不會(huì)受到影響。而航天飛機(jī)重返大氣層后，當(dāng)溫度傳感器測(cè)出溫度變化時(shí)，已經(jīng)為時(shí)過(guò)晚。因?yàn)楹教祜w機(jī)的降落程序是單向的，一旦啟動(dòng)就不可逆轉(zhuǎn)。即便是可以逆轉(zhuǎn)，航天飛機(jī)上儲(chǔ)備的燃料也不足以使航天飛機(jī)重新獲得2.84萬(wàn)千米/小時(shí)的*宇宙速度以擺脫地心的引力，而且，航天飛機(jī)上儲(chǔ)存的氧氣僅有5天的富裕量，時(shí)間上很難滿足NASA組織另一次救援發(fā)射的需求。
從物聯(lián)網(wǎng)的角度看，哥倫比亞號(hào)的失事是一系列因素造成的。技術(shù)上zui大的問(wèn)題是沒(méi)有及時(shí)對(duì)航天飛機(jī)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代。具體到傳感層面，首先是沒(méi)有合適的傳感器在撞擊的*時(shí)間對(duì)損傷信息進(jìn)行判斷；二是傳感器未能與航天飛機(jī)上的*計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。在傳輸層面，在航天飛機(jī)重返大氣層時(shí)產(chǎn)生具有強(qiáng)烈屏蔽作用的等離子體時(shí)，應(yīng)將傳輸鏈路實(shí)時(shí)地縮短至航天飛機(jī)內(nèi)——將信號(hào)送至機(jī)內(nèi)計(jì)算機(jī)中，以保障航天飛機(jī)能夠?qū)崟r(shí)而連續(xù)地處理來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)；而在后臺(tái)處理上，應(yīng)該由控制中心*計(jì)算機(jī)提供決策支持，而不是靠以往的經(jīng)驗(yàn)行事。
哥倫比亞號(hào)給我們帶來(lái)的啟發(fā)是，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過(guò)程中，必須具備充分的行業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，要充分考慮到應(yīng)用的需求和所處的環(huán)境，而且，除了考慮正常使用時(shí)的功能外，更要注重故障期的應(yīng)急響應(yīng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
如果能像仿生學(xué)那樣，讓航天飛機(jī)熱保護(hù)層具有生物皮膚的功能，那么，被撞擊的位置和損傷的程度就可以在*時(shí)間確定，這就是智能蒙皮技術(shù)。
雖然廣義上說(shuō)智能蒙皮也屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)，但智能蒙皮與當(dāng)下流行的傳感器網(wǎng)絡(luò)還是有很大的區(qū)別的，這是因?yàn)橹悄苊善?yīng)用在宇航時(shí)，須要監(jiān)測(cè)振動(dòng)、壓強(qiáng)、張力、電磁波等多種物理量，而且傳感器還要被嵌入到陶瓷片中，你既要考慮傳感器的尺寸，又要考慮傳感器與陶瓷片的膨脹系數(shù)問(wèn)題，還要考慮到在1000多度的超高溫下傳感器能夠正常工作。
智能蒙皮更多地應(yīng)用于航天器、飛行器上，通過(guò)嵌入光纖、壓電陶瓷、有機(jī)薄膜以及電阻絲、半導(dǎo)體等傳感器來(lái)探測(cè)多種物理量。其中光纖傳感器扮演著重要的角色，它可以監(jiān)測(cè)溫度、聲、光、磁、壓力、加速度、核輻射、x射線等物理量的變化，具有測(cè)量精度高、頻率響應(yīng)高、抗電磁干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且體積小，重量輕，耐高溫，耐腐蝕，防潮，易于與基體結(jié)構(gòu)集成。即便是耐高溫性能突出，普通的光纖傳感器也難以勝任航天器外表面
智能蒙皮不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)多種物理量，而且還可以對(duì)航天飛機(jī)陶瓷片等蒙皮進(jìn)行全生命周期的監(jiān)測(cè)，防患于未然。
除了被動(dòng)監(jiān)測(cè)外，智能蒙皮技術(shù)還可以用于主動(dòng)監(jiān)測(cè)。美國(guó)*正在研究把相控陣天線放到飛機(jī)蒙皮中，以安裝更多的天線單元。這樣不僅可以加大高探測(cè)距離，而且由于天線單元遍布機(jī)身而不在局限機(jī)頭，從而消除了雷達(dá)探測(cè)盲區(qū)。
智能蒙皮的*優(yōu)勢(shì)引發(fā)了多國(guó)研究機(jī)構(gòu)和軍方的重視，如NASA的納米計(jì)劃，共分三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主題：一是納米電子學(xué)與計(jì)算，其重點(diǎn)在分子電子學(xué)與光電子學(xué)、計(jì)算架構(gòu)和裝配；二是傳感器，其重點(diǎn)為生命探測(cè)、乘務(wù)組健康與安全、航天器健康；三是結(jié)構(gòu)材料，其重點(diǎn)放在復(fù)合材料、多功能材料以及材料的自愈。
明確而清晰的發(fā)展路線圖，從應(yīng)用和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究中注重各主題之間的關(guān)聯(lián)，注重基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，這些既是NASA納米計(jì)劃的特點(diǎn)，也是我們發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該借鑒的。