Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Biết mật độ không khí bên ngoài tàu vũ trụ có thể có ảnh hưởng đáng kể đến góc hạ xuống và khả năng đánh trúng một điểm hạ cánh cụ thể. Nhưng các cảm biến có thể chịu được các điều kiện siêu âm khắc nghiệt là rất hiếm. Các nhà nghiên cứu kỹ thuật hàng không vũ trụ đã phát triển một thuật toán có thể chạy trên xe, cung cấp dữ liệu thời gian thực quan trọng để hỗ trợ lái tàu, đặc biệt là trong giai đoạn quan trọng, hạ cánh và hạ cánh.
Trong vài phút cuối cùng của một tàu vũ trụ hạ cánh, nó đang di chuyển với tốc độ siêu âm qua nhiều tầng khí quyển. Biết mật độ không khí bên ngoài của chiếc xe có thể có ảnh hưởng đáng kể đến góc độ của nó và khả năng đạt được một điểm hạ cánh cụ thể. Nhưng cảm biến mật độ không khí có thể chịu được các điều kiện siêu âm khắc nghiệt là không phổ biến. Một sinh viên đến từ Hà Lan làm việc với một kỹ sư hàng không vũ trụ tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã phát triển một thuật toán có thể chạy trên xe, cung cấp dữ liệu thời gian thực quan trọng để hỗ trợ lái tàu, đặc biệt là trong quá trình quan trọng, hạ cánh.
“Thuật toán chúng tôi tạo ra có thể chạy trên máy bay, trên xe và ước tính bầu không khí bên ngoài như thế nào”, Hamza El-Kebir, một sinh viên tại Đại học Công nghệ Delft cho biết. “Vì vậy, đây là một công cụ thay đổi trò chơi hoàn chỉnh bởi vì bây giờ bạn có thể sử dụng kiến thức trước về chuyển động của xe để ước tính mật độ không khí, thông báo quyết định của bạn trong chuyến bay và thực hiện các thay đổi nhỏ trong khóa học của bạn. Điều này có thể chắc chắn hơn rằng bạn sẽ đi để đạt được điểm đó thay vì xử lý các hướng dẫn thực sự bảo thủ. “
El-Kebir đã thực hiện nghiên cứu với Melkior Ornik, trợ lý giáo sư tại Khoa Kỹ thuật hàng không vũ trụ tại U of I trong một chương trình học kỳ ở nước ngoài và sẽ bắt đầu học cao học tại Illinois vào mùa thu. Ông nói rằng công việc của ông là mới vì nó sử dụng dữ liệu từ các cảm biến không nhằm mục đích cung cấp dữ liệu mật độ không khí. “Nó trích xuất thông tin mật độ từ nó bằng cách sử dụng các thuật toán thực sự tiện lợi mà không đòi hỏi bất kỳ kiến thức thực tế nào về khí động học hoặc khí quyển.”
Ornik giải thích cách thuật toán học mật độ không khí. “Thuật toán bắt đầu từ hầu như không có gì. Nó không biết gì về mật độ không khí. Nó thu thập dữ liệu từ gia tốc kế và con quay có sẵn trên bất kỳ phương tiện nào để thu thập dữ liệu và kết hợp nó với kiến thức trước về tốc độ gia tốc tối đa để có được thời gian- ước tính khác nhau về mật độ không khí. Và theo một nghĩa nào đó, thông minh hơn theo thời gian. Nó thay đổi các ước tính của nó trên tàu, dựa trên dữ liệu đầu vào mà nó nhận được. “
El-Kebir và Ornik đã sử dụng dữ liệu thu được từ lối vào, hạ cánh và hạ cánh của tàu đổ bộ Phoenix – một tàu thăm dò khoa học trên sao Hỏa – đại diện cho 220 giây cuối cùng, giai đoạn đạn đạo, cho đến khi triển khai nhảy dù.
Không có sự điều khiển ở phần sau của giai đoạn đó, vì vậy điều thực sự quan trọng là phải biết ngay mật độ không khí trong chế độ dòng chảy hiếm – từ khoảng 80 km trở lên. Khi đi vào phần sau đó, góc đường bay của nó được cố định và Chiếc xe vừa hạ xuống và hầu như không bị ảnh hưởng bởi hướng gió.
Nếu ‘Phoenix’ có thuật toán thì sao?
Nếu bạn biết mật độ không khí, bạn có thể ước tính góc triển khai của mình đối với gió. Bạn cũng có thể dự đoán mật độ sẽ như thế nào trong tương lai, vì vậy bạn có thể đưa ra quyết định. Không có sự kiểm soát nào đối với Phoenix trong quá trình đạn đạo nếu nó có kiến thức về mật độ không khí, nó sẽ có lợi thế. Họ có thể đã tận dụng dữ liệu và hạ cánh chính xác hơn.
Ornik cho biết thường có một giả định rằng tồn tại một mô hình cố định mà nhóm các nhà khoa học biết trước và họ tìm ra các phương pháp kiểm soát dẫn phương tiện vào đất liền. Đó thường là một giả định mạnh mẽ. Nó thường sai bởi vì nó không chỉ là về mật độ không khí. Do tốc độ và tác động với không khí, các phương tiện siêu âm thay đổi hình dạng một chút trong suốt chuyến bay và điều đó thay đổi động lực của chúng trong suốt chuyến bay.
Vì vậy, nhóm của Ornik không có một mô hình thống nhất mô tả toàn bộ chuyến bay vì động lực thay đổi dần theo thời gian. Nhóm nghiên cứu biết tốc độ thay đổi tối đa, vì vậy với thuật toán này họ có thể khai thác kiến thức đó để tạo ước tính.
El-Kebir cho biết có những lĩnh vực khác mà kiến thức này có thể được áp dụng, thậm chí ngoài ngành hàng không vũ trụ và thậm chí cả phương tiện giao thông. Ông đang tìm cách sử dụng nó trong phẫu thuật điện để dự đoán trường nhiệt độ trong một ca phẫu thuật để bác sĩ phẫu thuật có thể biết vết cắt sâu đến mức nào.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Kỹ thuật Illinois Grainger College . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.