热防护系统的无线温度监测技术发展

。缺点是质量、体积、电池使用寿命受到当前技术发展的限制。因此能量是主动式重点改进的一个主要方面，将来可以考虑充分利用其他形式的能量（比如温度梯度产生的热流，或者振动能等等），将这些能量存储起来用以延长这些装置的使用寿命。

  　被动式tags的潜在优点是具有较长的寿命和较少的尺寸。未来微电机械系统（MEMS）传感器的发展将会大大的增加被动式tags的使用。特别是MEMS装置可以存储飞行任务中的最大温度，并可以通过读数器利用命令进行调用，可以在飞行器的所有位置使用，能够提供TPS性能和粘接情况的定量信息。

传感器的读数速度和无线通讯的距离是一个重要的研究方向。试验表明，对于一百多个RFID，利用一个18cm见方的读数器，需要一分钟才能完成通讯，这就意味着对于RLV而言需要众多的读数器和接收站来读数以万计的终端。密封的金属基热防护系统结构同时也会带来无线信号的屏蔽问题，加大信号传输、通讯的难度。另外，如果未来巨大的入口式扫描检测概念得到实施，必将带来读数范围的问题，尽管可以使用移动的3D扫描头[5]或者是机器人解决这些问题，但是提高通讯的距离无疑会大大提高检测速度。

从元件的发展来看，今后的元件都会向低能耗(小于10微瓦)、高可靠性、耐高温、大的数据存储量方向发展。从研究内容上看，一方面会继续提高传感器的应用范围，另一方面会扩展传感器的监测功能，比如增加应变、加速度、振动[6]热流[7]等其他参数的监测功能，向多功能化方向发展。光纤光栅传感器[8]可以进行多路传输、测量不同的结构参数、抗电磁干扰，若能对其实现无线通讯，必将会带来新的发展契机。

参 考 文 献

[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：哈尔滨工业大学 复合材料与结构研究所，黑龙江 哈尔滨 150006