Strukturtests in der Raumfahrt Wie die NASA ihre Raketen umfangreich testet

Autor / Redakteur: Marti Chance * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Strukturtests an einer Rakete der NASA sind aufwendig: Mehr als 10.000 Sensoren werden benötigt, um die Modelle der Analytiker zu validieren. Wir haben uns die Tests genauer angeschaut.

Firmen zum Thema

Das Space Launch System: Bei den Strukturtests der NASA kommen bis zu 10.000 Sensoren zum Einsatz. Die Datenerfassung basiert auf Hardware von National Instruments.
Das Space Launch System: Bei den Strukturtests der NASA kommen bis zu 10.000 Sensoren zum Einsatz. Die Datenerfassung basiert auf Hardware von National Instruments.
(NASA)

Das Space Launch System (SLS) ist größer als die US-amerikanische Rakete Saturn V und soll für bemannte Raumfahrt zum Mars eingesetzt werden. Vor ihrem Jungfernflug im Jahr 2017 wird die Rakete unzählige Prüfungen in unterschiedlichen US-Anlagen durchlaufen. Die wohl beeindruckendsten davon werden die großen Strukturtests sein, die 2015 im NASA Marshall Space Flight Center in Huntsville (Alabama) stattfinden.

Bildergalerie

Mehr als 10.000 Sensoren

Bei Strukturtests verifizieren Ingenieure, dass die von Analytikern erstellten mathematischen Softwaremodelle korrekt sind. Dazu werden Belastungen und Umgebungsbedingungen an einem physikalischen Prototyp simuliert, während Sensoren die Reaktionen messen. Üblicherweise wird dabei mithilfe von Prüfständen eine Kraft aufgewandt, während Dehnungsmessstreifen, Kraft- und Wegaufnehmer die Antwort der Prüflinge charakterisieren. Bei den Strukturtests am SLS wird die NASA mehr als 10.000 Sensoren einsetzen, um die Modelle der Analytiker zu validieren.

Bei Tests dieser Größenordnung gibt es nur einen einzigen Durchgang: Ein erneuter Test ist kostenintensiv, wenn überhaupt möglich. Wird ein Datenpunkt während eines Tests, bei dem der einzige Prototyp eines Prüflings beschädigt wird, verfehlt, so ist das untragbar. Ein verlässliches Datenerfassungssystem ist notwendig. Dabei sollte es von Prozessen gestützt werden, bei denen jeder Datenpunkt von jedem Sensor präzise und korrekt kalibriert erfasst wird.

Die gesamte Datenerfassungslösung der NASA für Strukturtests basiert auf Hardware von National Instruments. Die Softwarelösung der NASA umfasst im Kern fünf Bestandteile, von denen jeder sicherstellen soll, dass die anspruchsvollen Anforderungen an diese großen Tests erfüllt werden:

Die 5 Haupt-Bestandteile des NASA-Tests

1. Testdatenbank: Jedes kleinste Detail des Tests wird in dieser Datenbank verzeichnet – von den Kalibriereinstellungen eines individuellen Kanals bis hin zu den tatsächlich verwendeten Kabeln. Wenn die NASA je einen Test duplizieren muss, enthält diese Datenbank alle benötigten Informationen.

2. Sensordatenbank: Damit die Messungen so präzise wie möglich werden, erstellt und speichert die NASA spezifische Kalibrierinformationen über jeden einzelnen Sensor in der Sensordatenbank und nutzt diese Informationen während des Tests.

3. Kalibrierprogramm: Der gesamte Aufbau muss vor jedem Test kalibriert und verifiziert werden. Mit diesem interaktiven Programm kann die NASA eine Kalibrierung durchführen, alle Verkabelungen verifizieren und vorhandene Fehler beheben.

4. Hauptprogramm für die Datenerfassung: Dieses Programm ist das Herzstück der Softwarelösung und verfügt über zahlreiche beeindruckende Funktionen. Beispielsweise unterstützt es mehrere Clients, die Daten während der Tests einsehen können, damit alles im Testverlauf engmaschig überwacht werden kann. Es gibt mehr als 72 Personen, die sich die Daten aktiv ansehen und nach möglichen Warnsignalen während der SLS-Tests suchen.

5. Lokales RDH-Programm (Remote Data Harvester): Jeder Knoten kann über das Netzwerk mit dem Hauptprogramm für die Datenerfassung verknüpft werden. Wenn die Netzwerkverbindung abbricht, speichert jeder RDH die Daten lokal auf den NI-PXI-Embedded-Controllern, bevor sie diese an den zentralen Hauptcomputer weiterleiten.

Die Softwarearchitektur ist nur die eine Hälfte des Testaufbaus. Die NASA erstellte zudem eine Hardwarearchitektur und setzte dafür die PXI-Plattform und Signalkonditionierungshardware von NI in ihrem Standard-Datenerfassungssystem ein: den Remote Data Harvester. Jedes RDH ist in der Lage, auf 256 Kanälen Daten von Dehnungs-, Spannungs- oder Wegsensoren sowie auf 64 Kanälen Daten von Thermoelementen zu erfassen.

(ID:43334708)