国家标准与技术研究所 许多卫星执行非常重要和有利可图的任务，但由于目前测量燃料量的方法，有些卫星可能在燃料仍在油箱中的情况下退役
更高精度的燃油表有助于确保卫星更长时间保持运行，并充分利用它们在轨道上的时间
学分:美国宇航局喷气推进实验室 液体在太空中的表现不如在地球上
在航天器内部，微重力允许液体自由晃动和漂浮
这种行为使得卫星中的燃料量很难确定，但是国家标准与技术研究所(NIST)设计的一种新的原型燃料量规可以提供一个理想的解决方案
在《宇宙飞船和火箭杂志》中描述的这种量具可以根据流体的电特性，以数字方式重现流体的三维形状
这种设计有可能为卫星运营商提供可靠的测量数据，从而有助于防止卫星相撞，并使卫星运行时间更长
“一颗卫星在轨道上停留的每一天都可能带来数百万美元的收入，”NIST机械工程师、该项研究的合著者尼克·达加拉基斯说
“操作人员希望利用每一滴燃料，但不要太多，以至于他们清空油箱
" 让一颗卫星的燃料箱干涸可能会让它在没有燃料的情况下被困在原来的轨道上，以避免撞上其他卫星并产生危险的碎片云
为了降低碰撞的概率，操作人员会节省最后几滴燃料，将卫星射入墓地轨道，距离运行中的航天器数百公里
然而，他们可能在这个过程中浪费燃料
几十年来，测量太空中的燃料一直不是一门精确的科学
最常依赖的方法之一是估算每次推力燃烧的燃油量，并从油箱中的燃油量中减去该量
这种方法在坦克接近满的时候非常精确，但是每次估计的误差会随着每次推力的增加而增加
当坦克处于低位时，估计值变得更像是粗略的猜测，可能会有高达10%的误差
如果没有可靠的测量，运营商可能会将燃料仍在油箱中的卫星提前退役，从而可能会留下大量资金
新仪器的概念最初是由美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的技术转让经理马诺哈尔·德什潘德设计的，它利用了一种低成本的三维成像技术，即电容体层摄影术(ECVT)
像计算机断层扫描仪一样，ECVT可以通过在不同角度进行测量来近似物体的形状
但是电极不是发射x光，而是发射电场，测量物体储存电荷或电容的能力
德什潘德寻求NIST的达嘎拉基斯和他的同事们的专业知识——他们以前有制造电容传感器的经验——来帮助他的设计成为现实
原型燃料箱的内部衬有柔性电极，每个电极能够发射电场(黄色箭头)，当它们通过填充有传热流体(HT-90)的气球时，电场减弱
电极接收其他电极产生的磁场，无论是减弱的还是全强度的
通过结合每个电极对的测量值，测量仪可以估计气球的位置和体积
信用:NIST/不适用
Hanacek 在NIST纳米科学技术中心的纳米实验室洁净室里，研究人员使用一种叫做软光刻的工艺生产传感器电极，在这种工艺中，他们在有柔性塑料背衬的铜片上印刷油墨图案
然后，一种腐蚀性的化学物质雕刻出裸露的铜，留下想要的金属条，达加拉基斯说
该小组在一个鸡蛋形状的容器内部排列了柔性传感器，该容器模仿美国宇航局的一个燃料箱
在整个储罐内部，每个传感器发出的电场都可以被其他传感器接收
但是这些场最终有多少被传输取决于罐内任何物质的电容
“如果你没有燃料，你有最高的传输，如果你有燃料，你将有一个较低的读数，因为燃料吸收电磁波，”达加拉基斯说
“我们测量每个可能的传感器对的传输差异，通过结合所有这些测量，您可以知道哪里有燃料，哪里没有燃料，并创建一个三维图像
" 为了测试新系统在太空中的燃料测量能力，研究人员在油箱中悬挂了一个装满流体的气球，模拟微重力下的液体团
达格拉基斯说，许多通常用于推进卫星和航天器的液体，如液态氢和肼，在地球富氧的大气中高度易燃，因此研究人员选择测试更稳定的东西
在德什潘德的建议下，他们在气球中填充了一种传热流体——这种流体通常用于储存或消散工业过程中的热能——因为它非常接近太空燃料的电学特性
研究人员激活该系统，并将电容数据输入计算机，计算机产生一系列二维图像，绘制出液体在整个储罐中的位置
当编译时，这些图像产生了直径与实际气球直径相差不到6%的气球的三维再现
“这只是一个实验原型，但这是一个很好的起点，”达格拉基斯说
如果进一步发展，ECVT系统可以帮助工程师和研究人员克服液体在空间行为带来的其他几个挑战
德什潘德说:“这项技术可以用来连续监测国际空间站上许多管道中的流体流动，并研究少量晃动的流体如何改变航天器和卫星的轨迹。”
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