SpaceX借助PCMM完成极高的发射精度

作者：Matt Grasson

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 为国际空间站提供关键的有效载荷需要能够确保严格公差的软件。 随着在太平洋里找回龙航天器，空间探索技术公司（SpaceX公司）成为了第一个从近地轨道发射和回收航天器的商业公司。安置在该公司猎鹰9号运载火箭上面的龙航天器进入太空后，以每小时17,000英里的速度完成了两个轨道。经过三个小时，飞行50,000英里后，龙航天器坠落于距离目标降落区中心仅一英里的地方。 根据美国宇航局（NASA）的商业轨道运输服务（COTS）计划，这是三次测试飞行中的第一次。在接下来的两个额外飞行试验中，龙航天器开始运送货物至国际空间站，并依公司的计划，准备到2015年底进行载人飞行。对于这些未来的任务，SpaceX公司将再次借助于便携式三坐标测量机（PCMM）系统，以保持第一次发射并脱离轨道时所达到的精度。 SpaceX公司是一个与众不同的公司，部分原因是由于其创始人兼首席执行官Elon Musk。他是贝宝（PayPal）的联合创始人和特斯拉电动汽车公司（Tesla Motors）的首席执行官。在飞行后的新闻发布会上，Musk说，“我之所以做SpaceX，是因为我恰好对太空有着非常强烈的酷爱。我希望我们能够进入真正的航天文明，甚至一个多行星的文明。这是我为SpaceX设定的目标。” 为了使他的目标成为现实，SpaceX公司拟用一系列运载火箭和航天器来变更长达40年之久的模式，以提高可靠性和性能，而最终成本降低到了原来的十分之一。其基本理念在于专注于简便性，既增加车辆研制和发射服务的可靠性，又实现更低的成本。 据SpaceX公司的模具业务经理Larry Mosse介绍，公司依靠其PCMMs来达到这种可靠性和降低成本，同时利用Verisurf计量软件以一种功能强大且简单的方式来驱动所有这些设备。“Verisurf计量软件在维持工厂和发射台的精度方面发挥着作用。我们利用该软件来完成从模具制造到发射前的一切准备工作。”Mosse说。 美国东部时间2010年12月8日上午10时43分，猎鹰9号从卡纳维拉尔角空军航空站发射台SLC-40升空。上午10时46分，第一段分离。上午10时52分，龙航天器进入近地轨道。下午2:00，龙航天器坠落。在这次任务中的每一个节点，运载火箭和航天器准确击中了他们的目标。据该公司介绍，猎鹰9号将龙航天器送到轨道上，进入点接近靶心，随后龙航天器坠落在目标着陆区的中心。 飞行路径的准确性要求仔细校准猎鹰9号的部件和发射载体的精确定位。SpaceX公司的机组人员使用的是其PCMM计量系统，其中包括激光跟踪器和Verisurf软件。 猎鹰9号高180英尺，直径为12英尺。9个SpaceX公司的默林发动机为第一阶段提供驱动，第二阶段使用了1个。这一惊人的工程部件是在发射场完成最终装配的。要定位并对准猎鹰9号的组件，SpaceX使用了激光跟踪仪和Verisurf的BUILD应用程序，这是一个虚拟的量具。跟踪仪将直接测量数据反馈给Verisurf，并实时报告设计和制造中使用的与CAD模型有关的每个部分的准确性。 组装后，SpaceX公司机组人员将猎鹰9号升高到垂直发射位置。要按照其预定的飞行路径，发射规范仅允许车辆载体偏离180英尺高度0.02°。Mosse说，他们再次转向了PCMMs和Verisurf软件，来确认准备发射的状态。“该规范允许鼻翼偏离垂直方向6"。Verisurf报告说，我们从东到西的偏差只有0.01"，从北到南偏差0.03"，”他说，“从地面往上，所有部分都在其标称位置。” Mosse指出，该公司加利福尼亚州霍桑市工厂在制造和组装操作中使用的控制技术，使得这种对准精度成为了可能。 “我们有一套5个装置，可以用来定位火箭部件，并钻144个孔的格局。这些孔决定了猎鹰9号各部分的对准，”Mosse说。正如他在飞行前的准备，Mosse在钻孔前用Verisurf来放置固定装备。 “通过Verisurf，我们可以直接看到CAD模型和测量结果”，Mosse声称。“我们看到了显示出的3D模型的测量，这使得加工过程更快，并且减少了错误。” 他指出，在Verisurf之前，他的团队不得不一页一页地解释2D图纸的尺寸。“我们只能依赖于人从2D图纸直观可视化3D测量的能力，从而产生了需要解释的问题，”Mosse说。 在组装之前，Mosse利用他的Verisurf解决方案来测量加工和生产过程中的零件及工具。例如，在测量复合材料工具或者焊接夹具时，SpaceX将会用Verisurf来开动激光跟踪仪和关节臂。 “我们检查这些项目的CAD数据。在许多情况下，我们会仅仅检查轮廓公差。”Mosse说到，“我们不是在随意绘图，但是，像航空航天业的其他部分，我们正在努力实现基于模型的定义，以实现它的许多好处。” 对SpaceX来说，最重要的好处就是时间。基于模型的定义（MBD）和轮廓公差消除了记录一个工程图纸的时间；减少了创建检验计划和报告的时间，并加速了生产问题的确定和解决。对于一个雄心勃勃的计划和在未来四年发射25次，其中包括12个空间站的交付的货单，每一刻都很珍贵。 SpaceX公司对于其太空发射的理念是：简单带来可靠性和节约。要做到这一点，要靠Verisurf。“有了Verisurf，我们可以非常快速的确定，我们是在正确的3D空间，”Mosse总结说。这反过来使得猎鹰9号的发射和龙航天器的轨道处于他们准确的太空位置。

文章内容仅供参考 (投稿) (8/9/2013)