Nasa美国宇航局：使用数字检测确保航天飞机安全

在承认风险的同时，自 2003 年哥伦比亚号灾难以来，NASA 已经取得了重大飞跃，使太空旅行变得更加安全。最大的改进领域之一是使用 Geomagic 逆向工程和检测软件来检测、评估和修复（如有必要）由航天飞机上脱落的泡沫颗粒和其他飞行碎片造成的瓷砖损坏。
 

太空旅行永远是一场赌博，但 三维逆向工程和三维检测等新的安全方法正在使赔率压倒性地向有利于 NASA 的方向倾斜。

NASA 局长迈克尔·格里芬 (Michael Griffin) 在 7 月份发现号任务 STS-121 发射前表示：“作为纳税人，你付钱给我们是为了赌注，这就是所谓的风险管理。”

在承认风险的同时，自 2003 年哥伦比亚号灾难以来，NASA 已经取得了重大飞跃，使太空旅行变得更加安全。最大的改进领域之一是使用 Geomagic 逆向工程和检测软件来检测、评估和修复（如有必要）由航天飞机上脱落的泡沫颗粒和其他飞行碎片造成的瓷砖损坏。

覆盖发现号底部的耐热瓷砖是热保护系统的一部分，该系统可以保护轨道飞行器及其宇航员在重返地球大气层时免受 2,300 度高温的影响。

用于逆向工程和检测的 3D 扫描技术是将物理对象自动转换为精确的数字 3D 模型的过程，并于 2005 年 8 月在最初的“发现”号任务中首次实施。在证明其在该任务中的价值后，它已成为 NASA 安全战略的一个组成部分。

Geomagic 软件为 NASA 实施该方法提供了核心技术。该软件被全球主要汽车、航空航天和消费品制造商用来以数字方式重新创建复杂的物理对象，以实现大规模定制、更准确的分析和模拟以及数字库存。 NASA 使用 Geomagic 自动处理航天飞机飞行时从扫描仪收集的 3D 数据。

瓷砖损坏是太空旅行的一部分，2D 视频可以捕捉到其中的一些信息，但细节只能通过 3D 分析才能辨别。

Rob Black

Geomagic 客户经理，NASA 发现号项目

太空扫描

为航天飞机捕获和数字化重建图块的过程从安装在 发现号 机器人手臂 50 英尺长的延伸部分上的 Neptec 扫描仪开始。 Neptec 的激光摄像系统 (LCS) 采用加拿大国家研究委员会专利的同步扫描技术。据 Neptec 称，它可以在四米远的地方检测到小至半毫米（或标准名片宽度两倍）的裂缝。与传统相机不同，它可以在没有可用光线的情况下运行，这是太空轨道上的一个主要考虑因素，太阳每天升起和落下 16 次。

当航天飞机接近空间站进行交会时，它翻滚以暴露其底部。在进场和对接期间进行视频调查和详细的 3D 扫描检测，以确定机翼下方瓷砖的损坏情况。

“瓷砖损坏是太空旅行的一部分，”NASA 发现号 项目的 Geomagic 客户经理 Rob Black 说道： “2D 视频可以捕捉到其中的一些信息，但细节只能通过 3D 分析才能辨别。”

以数字方式复制损伤

来自 Neptec 系统的扫描数据被传输到位于休斯敦的 NASA 约翰逊航天中心，在那里使用 Geomagic 处理数据并创建受损瓷砖的 3D 模型。 Geomagic 提供算法，可加速表面生成并确保高度详细模型的质量。由于其自动化水平较高，Geomagic 只需要很少的培训；逻辑工作流程使用户即使不每天使用该软件也能保持熟练程度。

NASA 工程师使用 Geomagic 创建的 3D 表面模型来评估瓷砖的损坏程度。如果数字模型表明存在安全威胁，工程师就会创建一条Toolpath路径来复制一系列测试瓷砖上的损坏情况。受损瓷砖的复制品在 NASA 的 ArcJet 设施中进行了测试，看看它们是否能够承受再入大气层时的热量和压力。

如果认为损坏太大而无法安全重返大气层，这种情况可能需要宇航员进行太空行走来进行修复。在这种情况下，测试瓷砖将用于开发逐步修复过程。幸运的是，在前两次发现号飞行中，不需要进行飞行中修复，因为扫描数据分析表明，损坏程度还没有严重到使轨道飞行器在重返大气层时面临风险。

（发现号航天飞机任务中航天飞机瓦片损坏的照片）

（Neptec 系统扫描发现号航天飞机的模拟）

（根据安装在 发现号 机器人手臂 50 英尺延长线上的 Neptec 扫描仪捕获的数据，在 Geomagic 中自动创建瓷砖损坏的数字重建）

（穿梭瓦损伤的模拟修复）

最佳搭档

Geomagic 是在 NASA 担任这一关键角色的自然选择，因为该公司与该机构有着长期的合作关系，并且在帮助组织使用逆向工程和检测来加快其设计构建周期并确保质量方面发挥着领导作用。
 

Black 表示：“NASA 选择 Geomagic 用于返回飞行计划是对我们软件高水平自动化、速度、可靠性和准确性的重大验证。能够为具有如此规模的项目提供软件和支持是一种荣幸。”

尽管 Geomagic 为其软件有助于确保航天飞机任务的安全而感到自豪，但该公司不希望产品在现实生活中充分发挥其功能的情况很少见。

“我们祈祷 Geomagic 在实际任务期间从未用于制造用于太空行走维修的测试瓷砖，”Black说。