第八届技术创新《发现》奖(三)
航空与航天技术类
获奖技术:国家航空航天局的光纤应变传感器发明人:马克·弗罗盖特
工程师们遵循一条简单的规则以避免灾难:把东西建造得比它们的实际需要更牢固。对于桥梁和大坝等建筑,多用些混凝土没有害处,这条规则是很适合的。但航天技术专家马克·弗罗盖特知道,对航天飞机来说,每一盎司的重量都会影响全局,这一规则并不适合。他还知道国家航空航天局想改变其现行的做法,即每次飞行任务结束后必定要把航天飞机拆卸开来,以寻找在太空飞行的巨大应力下出故障的部件。
于是弗罗盖特和他在国家航空航天局朗利研究中心(位于弗吉尼亚州汉普顿)的同事们建造了一种预警装置,它可以提供关于甚至是无关紧要的微小裂痕和变形的详细信息,从而使工程师们在建造飞机和航天器时可以保留较小的安全余量。这是一种仅有5‰英寸细的光缆,弗罗盖特在光缆长度方向上用紫外光每隔一英寸刻上一组类似格栅的细纹。然后他把光缆粘到飞机部件——例如燃料箱——的一侧,并用激光束穿过其中。从反射回来的光线中可以知道哪些格栅处于应力之下。
当弗罗盖特开始工作时,他只知道可以设计一种格栅反射某一特定频率的光线,如果这种格栅处于应力下,它能让该频率的光线通过,同时反射频率稍有差别的光线。不幸的是,设计反射不同频率光线的每一种格栅是不现实的。于是他只能想别的办法来区分同一光纤上数十乃至数百条格栅。其他工程师认为这办不到,但弗罗盖特从电视机中得到了灵感。他认识到,就像电视机从正在广播的几十个频道中选择一个频道,他也有办法分辨每一个格栅反射出的光线,即使所有格栅的设计是为了反射同一频率的光线。由于光线要经过一小段距离到达下一格栅并返回,通过测出被反射光线光波的波峰和波谷的排列情况,就可以知道哪些格栅反射光线,哪些格栅由于应力、应变或形变而不反射光线。
据弗罗盖特说,如果制造航天飞机时使用这种光纤应变传感器,人们能在几小时、而不是通常的几星期内找到并解决问题。他说:“航空航天局想让下一代的航天飞机X—33成为公共汽车,能在着陆后的第二天再次发射。这需要它能够自我检查。”1997年1月,这种传感器在X—33航天飞机样机的燃料箱上进行了试验,但真正的考验将在1999年该航天飞机进入太空时来到。如果有效的话,飞机很可能是下一个使用这种传感器的目标,再下来也许是桥梁。入围技术
国家航空航天局的太空望远镜成像摄谱仪
宾州州立大学的微波电弧喷射助推器(MicrowaveAtcjetThruster)
奥斯丁得克萨斯大学与宾州州立大学的天文望远镜(Hobby—EberlyTelescope)(三)

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