熱防護系統的無線溫度監測技術發展

  　被動式tags的潛在優點是具有較長的壽命和較少的尺寸。未來微電機械系統（MEMS）傳感器的發展將會大大的增加被動式tags的使用。特別是MEMS裝置可以存儲飛行任務中的最大溫度，并可以通過讀數器利用命令進行調用，可以在飛行器的所有位置使用，能夠提供TPS性能和粘接情況的定量信息。

　　傳感器的讀數速度和無線通訊的距離是一個重要的研究方向。試驗表明，對于一百多個RFID，利用一個18cm見方的讀數器，需要一分鐘才能完成通訊，這就意味著對于RLV而言需要眾多的讀數器和接收站來讀數以萬計的終端。密封的金屬基熱防護系統結構同時也會帶來無線信號的屏蔽問題，加大信號傳輸、通訊的難度。另外，如果未來巨大的入口式掃描檢測概念得到實施，必將帶來讀數范圍的問題，盡管可以使用移動的3D掃描頭[5]或者是機器人解決這些問題，但是提高通訊的距離無疑會大大提高檢測速度。

　　從元件的發展來看，今后的元件都會向低能耗(小于10微瓦)、高可靠性、耐高溫、大的數據存儲量方向發展。從研究內容上看，一方面會繼續提高傳感器的應用范圍，另一方面會擴展傳感器的監測功能，比如增加應變、加速度、振動[6]熱流[7]等其他參數的監測功能，向多功能化方向發展。光纖光柵傳感器[8]可以進行多路傳輸、測量不同的結構參數、抗電磁干擾，若能對其實現無線通訊，必將會帶來新的發展契機。

　　參 考 文 獻

　　[1] Blosser M L. Advanced metallic thermal protection system development[R]. AIAA 2002-0504, 2002.

　　[2] Frank S. Milos, David G. Watters, Joan B. Pallix. Wireless subsurface microsensors for health monitoring of thermal protection systems on hypersonic vehicles[J]. Proc. of SPIE Vol. 4335. 2001.

　　[3] Frank S. Milos, K. S. G. Karunaratne Active wireless temperature sensors for aerospace thermal protection systems[J]. Proc. of SPIE Vol. 5047. 2003.

　　[4] D. G. Watters, P. Jayaweera, A. J. Bahr, Design and performance of wireless sensors for structural health monitoring[J]. Structural Engineering and Mechanics, v 17, n 3-4, March/April, 2004, p 393-408

　　[5] Joseph P. Lavelle, Stefan R. Schuet, Daniel J. Schuet. High-speed 3D scanner with real-time 3D processing[J]. Proc. of SPIE Vol. 5393. 2004

　　[6] R. Graue A. Reutlinger, J. Werner. TPS Health Monitoring on X-38[J]. SPIE Vol. 3668. 1999

　　[7] Ed Martinez, Ethiraj Venkatapathy, Tomo Oishi. Current developments in future planetary probe sensors for TPS[R]. European Space Agency, ESA SP, n 544, p 249-252. 2004

　　[8] W. H. Prosser, M. C. Wu, S. G. Allison. Structural health monitoring sensor development at NASA Langley Research Center [A]. NACA Technical Reports [R]. Hampton: NASA Langley Research Center, 2003. 1-6.

　　作者通信地址：哈爾濱工業大學 復合材料與結構研究所，黑龍江 哈爾濱 150006