Введение
Представьте себе задачу – запечатлеть ветер на фотографиях. Именно с этой сложной задачей столкнулись инженеры NASA, изучая, как воздух движется вокруг самолетов, ракет и других летательных аппаратов. Воздух невидим, но понимание его движения критически важно для создания более безопасных и эффективных летательных средств.
Техника schlieren: взгляд в невидимое
На протяжении 80 лет исследователи использовали метод, известный как «фокусированная съемка шлирен». Это особая система камер, позволяющая «видеть» движение воздуха, фиксируя незначительные изменения в его плотности. Этот эффект аналогичен тому, что мы наблюдаем, когда видим потоки тепла, поднимающиеся от горячего асфальта в солнечный день, но с гораздо большей точностью.
Система SAFS: новое слово в визуализации
Система Self-Aligned Focusing Schlieren (SAFS) стала настоящей революцией. Она представляет собой компактный, доступный и простой в использовании инструмент визуализации, который значительно упрощает процесс по сравнению с традиционными системами фокусированной съемки шлирен. «Что делает этот прорыв особенно значимым, так это эффект волны», — говорит Бретт Бэтел из NASA, который разработал SAFS совместно с инженером Иошуа Уайсбергером в Центре исследований имени Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния. «Когда исследователи могут видеть и понимать движение воздуха новыми способами, это приводит к улучшению конструкций самолетов и более безопасным полетам для всех».
Преимущества системы SAFS
Система SAFS представляет собой инновационную технологию измерений, использующую камеры и поляризацию света для визуализации структур потока. В видео, созданном NASA, SAFS показывает среднюю секцию ракетного ускорителя, фиксируя сложные структуры ударных волн под различными углами атаки.
Переход от старых систем к SAFS в аэродинамических трубах и других специализированных научных средах позволяет инженерам-авиастроителям эффективно собирать данные о визуализации быстротечных потоков, сокращая время простоя оборудования и снижая затраты. Для авиационной отрасли это открывает новые горизонты для исследований, потенциально меняя подходы к проектированию как коммерческих самолетов, так и космических аппаратов.
Поддержка NASA и глобальное использование
Используя SAFS, NASA также более эффективно реализует свои миссии, связанные с повышением эффективности и безопасности в авиации и космосе. Исследователи применяют SAFS для фиксации отделения потока на High Lift Common Research Model, что помогает улучшить предсказания характеристик взлета и посадки новых самолетов. Система также помогает изучать структуры ударных ячеек — алмазные формы, образующиеся в выхлопных струях для модели Space Launch System.
Технология NASA уже используется по всему миру — ее приняли более 50 учреждений в более чем 8 странах, от Университета Нотр-Дам до Университета Ливерпуля. Компании продолжают лицензировать эту технологию, и коммерческие версии уже выходят на рынок.
Признание и награды
Влияние системы SAFS было настолько значительным, что исследователи NASA получили несколько наград. R&D World включил SAFS в список 100 лучших изобретений 2025 года, выбранный панелью экспертов со всего мира. NASA также назвал SAFS изобретением года 2025, высшей наградой, которую агентство вручает за новаторские технологии.
Преимущества SAFS по сравнению с предыдущими системами
Чтобы понять, почему SAFS стал настоящим прорывом, необходимо знать, с чем работали исследователи ранее.
Старые установки фокусированной съемки шлирен требовали, чтобы исследователи имели доступ с обеих сторон объекта, который они испытывали. Им приходилось устанавливать отдельные сетки источников света с каждой стороны и идеально их выравнивать. Это эквивалентно попытке совместить два оконных экрана на противоположных сторонах комнаты так, чтобы их узоры совпадали.
Инновации и простота
Установка одной из таких систем могла занять недели кропотливых настроек, и если кто-то случайно задел систему или понадобилось внести коррективы? Начинать все сначала.
Система SAFS изменила правила игры. В 2020 году исследователи NASA задали важный вопрос: что произойдет, если они смогут исключить всю эту сложность, используя свойства света? Решение оказалось в поляризации света. Ваши поляризованные солнцезащитные очки фильтруют свет в определенных направлениях. Система SAFS делает нечто подобное, используя поляризацию света, чтобы создать тот же эффект, что и старая, громоздкая система с двойной сеткой. SAFS требует доступа только с одной стороны объекта, а вместо необходимости в двух отдельных сетках, которые должны быть идеально выровнены, используется одна сетка, выполняющая двойную функцию.
То, что раньше требовало недель подготовки, теперь занимает всего несколько минут. Нужны настройки? Не проблема. Система SAFS может изменять чувствительность, менять поле зрения или настраивать фокус на лету. Система компактна и устойчива к вибрациям (прощай, необходимость начинать с начала из-за случайного прохода человека).
Заключение
Иногда революционные достижения происходят не за счет добавления сложности, а благодаря поиску новых креативных решений старых проблем. SAFS — это доказательство того, что всегда есть место для инноваций, и эта технология уже оставляет свой след в мире.
