En tidig milstolpe för att utveckla missilteknik är att visa att de kan fungera i datorsimuleringar eller storskaliga fälttester som skakar och snurrar komponenter utan att falla i bitar.

"Skruvar kan backa ut, saker kan gå sönder, " sa Greg Tipton, en strukturell dynamikingenjör vid Sandia National Laboratories. Liknande tester utförs i bilen, flyg- och rymdindustrin.

Nu, en analys av HOT SHOT-ljudande raketdata har avslöjat ett sätt att förbättra dessa tester, tillhandahålla en tidigare, en mer exakt indikator på om en experimentell teknik i slutändan kommer att lyckas i flygningen. Detta skulle kunna spara skattebetalarnas pengar genom att eliminera cirka ett års ytterligare forskning och utveckling som vanligtvis behövs för att få samma informationsnivå.

I en serie experiment, Tipton och hans team klädde insidan av klingande raketer med instrument i ärtstorlek som mäter vibrationer. Deras arbete har gett en mer komplett bild av flygvibrationer som nu används för att skapa mer exakta simuleringar och marktester.

"Flight ger dig kombinerade miljöer som du inte skulle få på marken, " sa Tipton. "Så, det snurrar och det accelererar och det vibrerar, det finns chocker. Det är en helt annan typ av miljö."

Olga Spahn, Sandias chef över HOT SHOT nyttolast integration, förklarade att att ha bättre data i ett tidigt utvecklingsskede kan skapa möjligheter att utforska nya, innovativa idéer genom att minska risken för misslyckande. Det skulle också kunna förbättra den övergripande prestandan för framtida missilsystem genom att främja utvecklingen av komponenter som minskar storleken, vikt och effektkrav.

Ett nytt sätt att förutsäga flygvibrationer

HOT SHOT-programmet mäter effekterna av en raketuppskjutning på prototypteknik för kärnvapenavskräckning. Varje flygning innehåller flera experiment från forskare från National Nuclear Security Administrations nätverk av labb, anläggningar och närstående institutioner. Sandia kombinerar dessa experiment till en nyttolast som körs på en gemensam strömkälla och dataöverföringssystem. Sandia bygger raketerna, integrerar experimenten och sköter uppskjutningarna för NNSA.

I maj 2018, Tipton och hans team levererade sitt eget experiment. De byggde en låtsaskomponent för raketen, som de kallade "bröllopstårtan, " efter dess form. Sedan dekorerade de den med vibrationssensorer. Efter lanseringen, de spelade ett matematiskt spel med de data de fick tillbaka. Att bara känna till vibrationsdata från några få sensorer, de försökte beräkna avläsningarna på varannan sensor.

"Vi visade att vi kunde göra det här och förutsäga vad vibrationsmiljöerna var i stort sett var som helst på den strukturen, sa Tipton.

I april, de upprepade experimentet, denna gång utrusta hela nyttolastsektionen av två raketer, mäter vibrationer på och runt mer än ett dussin experimentell hårdvara. Inledande analys av dessa data har föreslagit att de kan förutsäga vibrationer vid praktiskt taget vilken punkt som helst i rymden inom den delen av raketen.

"Med den här sista omgången av flyg, vi har liksom lagt till ytterligare ett lager av komplexitet, " sa Brandon Zwink, en ingenjörskonsult som arbetade med Tiptons team och hjälpte till att analysera datan. "Eftersom ursprungligen, med bröllopstårtan, vi hade hårdvara som var speciellt utformad för att fungera med detta. Och nu instrumenterar vi verkligen hårdvara som, du vet, det är flyghårdvara. Vi hade verkligen ingen input till utformningen av den. Det var inte designat för det här experimentet, det är precis vad det var."

För att realisera de potentiella kostnadsbesparingarna, Sandia-teamet måste nu återskapa HOT SHOT-flygmiljön med marktestteknik. Om det lyckas, detta kommer att bli en sofistikerad testplattform som genererar mer och bättre data än vad som vanligtvis är tillgängligt för missilteknologier i tidiga utvecklingsstadier. Teamet utforskar akustik och vibrerande patchar som sätt att återskapa komplexa vibrationsmönster som är svåra att återskapa med enbart konventionella skakbord.

Ytterligare två HOT SHOT-flygningar startade den 28 augusti från Sandias testanläggning i Kauai på Hawaii. Zwink ställde upp mikrofoner runt uppskjutningsplatsen för att mäta ljud som produceras av raketen, som kan bidra till vibrationer.