美国桑迪亚国家实验室近日完成了一项名为Atrax的探空火箭飞行测试,旨在为W93核弹头项目收集再入段振动数据,以降低其非核部件的设计风险。W93是美国近30年来首款新型核弹头,将装备于美国核三位一体的海基部分,并配套一款再入飞行器以提供保护与运载。桑迪亚负责W93非核部件的设计,并担任美国核武器项目的牵头系统集成商。

Atrax测试聚焦于再入阶段,该阶段气动力与结构响应相互作用复杂,难以在地面模拟。桑迪亚航空航天工程师Ross Wagnild表示:“Atrax探空火箭飞行测试帮助我们提高建模与仿真工具的可信度,为W93弹头做准备。尽早获得工具信心,就能有更多时间指导部件设计。”测试测量了气动载荷及其引发的内部机械振动,用真实世界数据取代了假设,减少了评估部件再入环境时模型的不确定性。

该测试利用了美国国家核安全管理局(NNSA)先进模拟与计算项目开发的仿真能力,地面测试和诊断开发则得到其工程与技术成熟项目的支持。桑迪亚工程师Peter Coffin指出:“再入振动对某些部件来说是具有挑战性的机械环境。这次测试帮助我们理解模型,以便在新飞行器上更好地预测这些环境。”

Atrax测试在W93首次计划飞行试验前约两年进行,旨在填补系统架构开发前的数据空白。桑迪亚在获得资金后约18个月内完成了测试,部分原因是测试件无需复制最终列装系统。任务优先收集环境数据,而非常规飞行试验所要求的精度或准确性。Kelsey Forsberg(桑迪亚核威慑部门)表示:“我们飞行的系统不必与计划列装的系统相同,我们聚焦于相关再入飞行器特性以缩短测试时间。”

工程师为再入飞行器配备了测量外部气动载荷的传感器,超越了此类测试通常使用的内部振动仪器。数据将允许研究人员比较热、流体和结构模型,识别软件需要改进之处。Atrax还测试了新型再入飞行器、三级探空火箭和新型分离系统,这些技术增加了飞行和数据收集的难度。Coffin称:“它证明了可行性,提供了良好数据且未损坏再入飞行器。”

桑迪亚预计测试结果将支持W93项目之外的工作,为更广泛的高超音速研究界提供额外飞行数据,可能改进高超音速建模,并增强对现代传感器包在其他高速飞行器上的信心。Wagnild总结道:“从地面发射火箭到目标再到系统实际运作,有一系列不同的物理过程,我们在再入环境中对这些物理过程进行建模。”Atrax数据集将使工程师能在开发早期做出部件决策,此时设计变更成本更低、更易实施,从而更好地评估武器系统非核部件的生存能力。