Rocket Factory Augsburg 透過測試大幅提升火箭開發效率

​成功升空

Rocket Factory Augsburg (RFA) 創建於 2018 年，其願景是透過來自太空的資料更加了解地球，從而造福我們居住的星球。更優質的資料能協助人類更有效地因應氣候變遷、最佳化物流路線、管理水資源與肥料、協助全球網際網路與可再生能源的控制、及早偵測森林火災與其他環境災害，並運用更好且更容易取得的即時資料連結自動駕駛車輛。

Rocket Factory Augsburg (RFA) 以太空飛航普及化與降低發射成本為目標，該公司每週運用一台最大酬載達 1.3 噸的 RFA One 火箭，將衛星送入低地球軌道，此方式不僅非常精確、靈活性高，其成本也較低。

RFA ONE 發射器是一款中型火箭：高 30 公尺、寬 2 公尺，包含三段式推進，燃料槽由不鏽鋼打造而成。它總計由 10 具 Helix 引擎提供推進力，相較於其他發射載具，它具備三大主要競爭優勢：  

• 提供客戶專屬服務，在軌道上精確運送，在軌道階段的任務靈活性高
• 價格極具競爭力
• 分階段燃燒技術優異、工業級自動化與經濟實惠的架構

將載具發射到太空仍然是人類最大的工程壯舉之一：環境條件非常嚴苛，而您只有一次機會，所以每項流程與工作都必須完美無缺。因此，RFA ONE 與其多種系統的開發要求都非常嚴謹，而且需要在緊湊的時程內完成大量的模型與組件測試。RFA 遵循其自有的哲學：少模擬多實測。RFA 執行長 Stefan Tweraser 博士是這麼說的：「模擬當然很重要，但是它的成效有限。要讓我們這種繁複的系統臻於完善，必須用測試資料來進行關鍵性的決策。在我們採用的做法中，NI 軟體解決方案是不可或缺的一環。」

對整個發射載具重複使用測試資產

RFA 測試工程團隊先從建立一組核心測試能力開始，其中包含測試儀器、測試程式碼模組以及資料分析。接著，團隊就可以快速地調整測試設定或是受測系統，無論是新增或變更感測器與測試執行序列，還是修改記錄資料的方式，都只要數天或甚至數小時。NI LabVIEW 與 CompactRIO/CompactDAQ 硬體結合經驗豐富的小型 LabVIEW 開發團隊，就是一個理想的平台，可以支援許多測試與認證活動。

RFA 工程師可以使用以 NI 工具建置的小型可攜式測試系統，也可以選擇使用繁複的永久性測試站台。簡易的資料擷取系統一般用於錄製與分析少量溫度、壓力與流動速率，可鑑定 RFA ONE 數千個組成零件之中某一特定零件的品質。大型測試系統則可以因應需求非常嚴苛的高精確度量測、即時控制與模擬作業。其中一個例子就是他們的渦輪幫浦測試設備，它甚至包含了一台強大的直升機引擎。這些測試系統部署在多個測試站台，包含德國奧格斯堡 (Augsburg) 的總部，還有葡萄牙與瑞典。RFA 葡萄牙分公司負責對載具的軌道階段 (Orbital stage) 和酬載整流罩 (Payload fairing) 進行振動分析與應變量測的測試，以及其他諸多測試。

^{圖 1： RFA 使用 NI 測試工具，在葡萄牙測試站台執行架構測試 (例如壓力槽破壞測試)。}

^{相片由 Rocket Factory Augsburg (RFA) 提供}

透過這種內部敏捷方法，RFA 可以快速取得準確的測試結果，進而靈活且敏捷地調整其設計與硬體，進行更快的迭代與測試循環。對於這個全球最具創新、速度最快也最動態的產業來說，這種測試方式是一個巨大的優勢，RFA 因此贏得先機。「我們眼前看到了一片大好機會。」Tweraser 博士表示：「這對我們公司與所有客戶而言是難能可貴的機會。NI 扮演了非常關鍵的角色，是他們讓我們發現這些機會。」

^{圖 2： 這座 RFA 渦輪幫浦測試設備是以 NI 測試與模擬軟體 CompactRIO 與一台強大的直升機引擎建置而成。}

^{相片由 Rocket Factory Augsburg (RFA) 提供。}

RFA 不只是總部所在地奧格斯堡 (Augsburg) 執行這些測試，也會在葡萄牙與瑞典進行各項測試。軌道階段與酬載整流罩會在 RFA 葡萄牙分公司進行開發。這裡的測試包含承載裝配的振動分析與應變量測。根據 Tweraser 博士的說法，「分布在全球各地的團隊是我們的一大助力，這讓我們能聘請最好的專家並取得最佳資源。我們從 NI 及其合作夥伴網路得到專家的協助，讓這項優勢又更上一層樓。」

^{圖 3： RFA 在瑞典分公司的引擎測試設備加裝了 CompactRIO 系統，可對一切進行控制、監控與量測工作，範圍含括揮發性液體到引擎本身。}

^{相片由 Rocket Factory Augsburg (RFA) 提供。}

RFA 最繁複的測試是在瑞典測試站台，他們在該地針對獨特的階段式燃燒 Helix 引擎進行熱火 (hot-fire) 測試。分散式同步化 CompactRIO 系統負責控制工廠與 DUT、控制點火與引擎時間序列，並確認不會發生超越各紅線參數的情況。RFA 甚至可以運用該系統控制測試所需的揮發性液體，例如 RP1 推進劑、液態氧氣、液態氮氣，以及發火性三乙鋁與三乙硼 (TEA-TEB)。這套 CompactRIO 系統不僅可以完成以上所有工作，還能同時提供同步記錄，並為控制室提供分散式使用者介面。

^{圖 4： 截至 2022 年 7 月，RFA 已經為階段式燃燒 Helix 火箭引擎進行了一次 40 秒的熱火點火測試。用於執行測試的測試台，主要是由 CompactRIO 分散式系統組成，用來控制與量測火箭引擎、燃料系統與操作人員介面。}

^{相片由 Rocket Factory Augsburg (RFA) 提供。}

未來的展望

透過這種由 NI 測試工具協助的內部敏捷方法，RFA 可以快速取得準確的測試結果，進而靈活且敏捷地調整其設計與硬體，進行更快的迭代與測試循環。對於這個全球最具創新性、顛覆性且最活躍的產業來說，這種測試方式是個巨大的優勢。NI 運用靈活簡易的測試平台，協助 RFA 與其他類似的太空產業公司迅速開發新的發射載具技術。這樣的敏捷度協助 RFA 贏得先機。