当火箭轰鸣着穿过地球大气层将宇宙飞船送入轨道时，它受到了一股混乱的气流的冲击。在高速飞行时，飞机在机翼上方也会经历类似的不稳定气流。这就产生了相当大的压力，其强度和方向迅速变化，特别是在声速或接近声速时。
位于加州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的航空航天研究人员正在改进一种最先进的方法，以精确测量这些波动力。他们技术的秘密在于一种新的压力-敏感涂料(PSP)，被称为非稳态PSP，它在高压气流存在时发出明亮的深红色辉光。
在一次模拟飞行中，在一股强大的气流中穿过火星大气层风洞，这项技术使研究人员能够足够快地捕捉测量数据，以跟上车辆模型整个表面快速变化的压力负载。获得如此精确的数据是了解飞行器结构在飞行中对颠簸的反应以及通过设计将冲击最小化的第一步。
红色星球的粉色颜料
太空发射系统(SLS)将成为美国宇航局火星之旅的主力火箭。第二代SLS将具有105吨的升力，搭载美国宇航局的猎户座宇宙飞船和宇航员和货物。初步测试表明，在飞行过程中会影响火箭的冲击载荷足以要求重新设计关键结构部件。
“为了帮助验证自助餐估计，我们必须更准确地测量这种不稳定的空气流动，”吉姆·罗斯说，他是艾姆斯大学实验空气物理分部的航空工程师。
模拟飞机上波动压力载荷的传统方法是在风洞中研究的比例模型的表面安装许多小麦克风(多达400个)。这可能是复杂和昂贵的，并且只能提供部分覆盖。
当最初的压敏涂料出现时，它提供的覆盖范围是一个巨大的改进。然而，由于它的设计目的是测量稳定的压力，它所提供的数据只是一段时间内的平均值，而不是真正捕捉波动压力本身。因此，罗斯和他在美国宇航局艾姆斯的同事贾扬塔·潘达(Jayanta Panda)问自己，如何才能确定这些不断变化的压力负载的真实数字。
画压力画的新公式
PSP的工作原理是与氧气反应产生光。压力的不同会导致与油漆表面相互作用的氧气量的变化，因此，也会导致发出的光的强度的变化。风洞周围的摄像机记录下图像，研究人员结合这些图像来确定模型上各处的压力。
新的非稳态PSP与标准PSP的工作原理相同，即使喷在千万分之一英寸的薄层上，其外观也一样。然而，它充满了微小的毛孔，让流经模型的空气接触到更大的油漆表面积。这使得氧气能更快地与油漆发生反应，就飞机和火箭在飞行过程中所受的波动压力产生更准确的数据。
有了这个专为快速压力变化而设计的PSP，罗斯和潘达找到了推进自助研究的首选工具。2015年11月，在美国宇航局艾姆斯进行的一项开创性测试中，他们实现了测量沿火箭主体快速变化的力的目标。
在一年的时间里，该团队从概念验证过渡到开发一个系统的基础，该系统将用于火箭和飞机客户，如SLS团队、私营企业或军方。埃姆斯研究团队的下一步将是在风洞中安装另一个摄像头，以优化即将到来的一轮SLS自助餐测试，预计今年晚些时候进行。多亏了新一代的高科技涂料，未来的宇宙飞船和飞机将被建造得能够承受我们和大气可能施加给它们的所有压力。
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