借助测试大幅提高火箭开发效率

​冲上云霄

Rocket Factory Augsburg (RFA)成立于2018年，其愿景是利用太空数据更好地了解地球，以造福我们的星球。更优质的数据能够使人类更有效地应对气候变化，优化物流路线，管理水、肥，实现全球互联网和可再生能源控制，及早发现森林火灾和其他环境灾难，并利用更优良、更容易获得的实时数据实现自动驾驶汽车连接。

RFA的目标是普及太空访问并降低发射成本，实现每周用一架RFA ONE火箭将卫星发射到近地轨道，这种火箭可以非常精确、灵活地将1.3吨有效载荷送入轨道，且成本较低。

RFA ONE发射器是一款中型火箭：高30米，宽2米，由三级组成，燃料箱由不锈钢制成。它总共由10台Helix发动机提供动力，与其他运载火箭相比，具有三大关键竞争优势：  

• 客户至上的服务，在轨交付精确，轨道级任务灵活性高
• 颇具竞争力的价格
• 卓越的分级燃烧技术、工业自动化和低成本结构

进入太空仍然是最伟大的工程壮举之一：极其恶劣的环境条件，各个环节都必须运作无误，只能一次成功。因此，RFA ONE及其众多系统的开发要求很严苛，需要大量的模型和组件测试。RFA遵循着自己的理念：远离仿真，拥抱测试。RFA首席执行官Stefan Tweraser博士说：“仿真当然很重要，但成效有限。为了完善我们这样的复杂系统，关键决策需要依据测试数据制定。在我们所采用的方法中，NI的软件解决方案占据重要地位。”

对整个运载火箭复用测试设备

RFA测试工程团队先引入了一套核心的测试功能，包括测试仪表、测试代码模块和数据分析。自此，团队便可以快速调整测试设置或待测系统，无论是添加或更改传感器和测试执行序列，还是修改数据记录的方式，只需几天甚至几小时的时间就可以完成。NI LabVIEW和CompactRIO/CompactDAQ硬件搭配一个经验丰富的小型LabVIEW开发团队，组成了理想的平台，可以支持许多测试和鉴定活动。

RFA的工程师可以使用NI工具构建的小型便携式测试系统，也可以使用复杂的永久性测试台。简单的数据采集系统通常用于记录和分析一些温度、压力和流速，以鉴定构成RFA ONE的数千个零件的其中之一。更大的测试系统可以解决像高精度测量、实时控制和仿真这样严苛的需求，比如他们的涡轮泵测试台，其中甚至包含一个功能强大的直升机发动机。这些测试系统部署在多个测试站点，包括德国奥格斯堡总部及葡萄牙和瑞典分部。RFA葡萄牙分部负责对轨道级和有效载荷整流罩进行振动分析和应变测量测试，以及其他许多测试。

^{图1： RFA在其葡萄牙的测试站点用NI测试工具进行结构测试，如压力容器爆破测试。}

^{Rocket Factory Augsburg (RFA)供图}

利用这种内部的敏捷方法，RFA可快速获得准确的测试结果，从而可以敏捷而灵活地调整设计和硬件，实现更快的迭代和测试循环。对于世界上最具创新性、颠覆性和充满活力的行业之一来说，这是种巨大的优势，而RFA正走在前沿。Tweraser博士表示：“无论是对我们的公司，还是对服务的所有客户来说，我们都面临着重大机遇。NI在帮助我们把握这些机遇方面发挥着关键作用。”

^{图2： 此RFA涡轮泵测试台采用NI测试和仿真软件、CompactRIO和功能强大的直升机发动机建造而成。}

^{Rocket Factory Augsburg (RFA)供图。}

RFA的这些测试不仅在其总部所在的奥格斯堡执行，还在葡萄牙和瑞典执行。轨道级和有效载荷整流罩由RFA葡萄牙分部负责开发。此处的测试包括有效载荷整流罩的振动分析和应变测量。据Tweraser博士说：“分布式团队是我们的一大力量，使我们能够聘请卓越的专家和资源。我们从NI及其合作伙伴网络得到了专家的协助，帮助扩大了这些优势。”

^{图3： RFA为其在瑞典的发动机测试台安装了CompactRIO系统，这些系统可控制、监测和测量一切，包括挥发性流体和发动机本身。}

^{Rocket Factory Augsburg (RFA)供图。}

RFA最复杂的测试当属瑞典热火测试站点中针对独特的分级燃烧Helix发动机所进行的测试。分布式同步CompactRIO系统负责管控工厂和DUT，控制点火和发动机定时序列，并检查是否超过红线参数。提供测试中所需要的挥发性流体，如RP1推进剂、液氧和氮，以及三乙基铝-三乙基硼(TEA-TEB)引发剂的任务甚至也托付给了该系统。CompactRIO系统在实现这一切的同时，还为控制室提供了同步记录和分布式用户界面功能。

^{图4： 截至2022年7月，RFA已对其分级燃烧Helix火箭发动机进行了40秒的热火点火测试。用于进行该测试的测试台主要由CompactRIO分布式系统组成，用于控制和测量火箭发动机、燃料系统和操作界面。}

^{Rocket Factory Augsburg (RFA)供图。}

展望未来

利用这种由NI测试工具提供支持的内部敏捷方法，RFA可快速获得准确的测试结果，从而可以敏捷而灵活地调整设计和硬件，实现更快的迭代和测试循环。对于世界上最具创新性、颠覆性和充满活力的行业之一来说，这是种巨大的优势。NI通过灵活易用的火箭发动机测试平台，将会继续助力整个航空航天业快速开发新的运载火箭技术，例如RFA的技术。这种敏捷性有助于保持RFA的优势地位。