Spectral Energies 开发了一项由 NASA SBIR/STTR 资助的技术，该技术可能会改变我们的飞行方式

总部位于俄亥俄州比弗克里克的少数族裔小企业 Spectral Energies 拥有 2000 万美元的商业销售额和 1500 万美元的政府机构销售额，为其脉冲突发激光系统找到了客户群。NASA 通过小企业创新研究 (SBIR)/小企业技术转让 (STTR) 计划在开发该技术方面发挥了重要作用。该技术具有广泛的应用，包括支持商用飞机认证的计量学以及材料加工，可以为新型客机铺平道路。

如果没有 NASA 的资助，我们就不可能推动多功能技术改进并大幅拓宽应用领域。

飞机认证的高成本

你知道波音 737 于 1968 年首次投入使用吗？然而，如果你最近坐过飞机，很有可能你坐的就是波音 737。这在很大程度上是由于认证新飞机的成本，可能高达数亿美元。寻找节省成本的方法之一是测试过程。

在测试航天器或商用飞机的新设计时，研究人员会使用风洞来模拟飞行条件。新飞机或飞机部件（如新机翼设计）被制造出来，放入风洞中并进行评估。

美国宇航局长期以来一直致力于开发强大的建模和预测软件，以大幅减少风洞测试和昂贵的飞行测试的需求。此类软件将允许在计算机模型上进行初步分析，以确定性能改进机会并迭代设计，从而节省实际制造及其相关成本，使设计更接近最终成品。激光测量系统的创新最终可以使这一目标成为可能。

传统激光器和早期脉冲激光系统的局限性

传统商用激光系统于 20 世纪 80 年代开始使用，至今仍被广泛使用，其工作频率为 10 Hz，这意味着它们每秒可以向风洞中飞行器周围的空气发射 10 次激光。这实际上提供了当时气流的“照片”。

但十分之一秒是一段很长的时间，尤其是当 NASA 风洞能够以高达音速十倍的速度测试飞行器时。在十分之一秒内，前一张图片中的空气袋早已移动，这意味着第二张图片捕捉到的东西与第一张图片完全不同，关键数据丢失了。  

为什么这些数据至关重要？因为当飞机失速时，气流（即空气在飞机上方、下方和周围的流动方式）才是关键。这种气流会随时间快速变化，导致失速和抖振等影响；测量技术需要能够捕捉这些快速变化。如果没有完整的、有数据支持的即时气流理解，开发精确建模软件的努力就会停滞不前。

20 世纪 90 年代末，脉冲爆发激光系统问世，测量速度显著提高。这些系统（部分由 NASA SBIR 计划支持开发）从生成一组类似照片的图像到提供类似电影的数据序列。然而，这些早期系统难以运输和操作，大大限制了它们的使用。

利用空军 SBIR 资金增强可用性

通过提供资金开发早期技术，NASA SBIR/STTR 计划有助于降低风险并开发创意，使其成熟到其他人可以继续创新的程度。在帮助资助一些最早的脉冲爆发激光系统十多年后，NASA 于 2009 年向 Spectral Energies 提供了第一阶段 SBIR 资金，以进一步推进该技术。

该公司随后获得了美国空军的 SBIR 第二阶段和第三阶段资助，利用这些资助创建了商用脉冲爆发激光系统，该系统体积更小、更易于运输、更具弹性和可靠性，并且由于软件的重大改进而操作更简单。空军的资助还使 Spectral Energies 能够展示该系统在燃烧环境中的几种新应用。

有了这项基础工作，该技术已准备好进行进一步创新，以帮助 NASA 实现其长期以来的目标，即更有效地测量和建模气流。

Spectral Energies 与 NASA SBIR/STTR 项目合作

Spectral Energies 于 2014 年恢复了与 NASA SBIR/STTR 计划的合作，并获得了多个第一阶段合同。通过继续获得项目合同，包括三份第二阶段扩展合同 (II-E) 和三份第三阶段合同，该公司为其脉冲突发激光系统增加了新功能，例如高速双色测温，并于 2020 年进行了演示。

以前，双色测温通常使用两台激光器和两台相机，以 10 Hz 的速度进行。Spectral Energies 与 NASA 合作，利用其单激光器、单相机系统高速开发了这种能力，从而实现了化学流的三维和四维（即三个空间坐标和时间）温度测量，这是设计新型化学推进系统时的关键能力。

与 NASA 的进一步合作带来了高速皮秒测速和二维紫外光谱和成像方面的额外能力。将这些测量技术添加到其技术中，使 Spectral Energies 能够在高超声速风洞测试、材料加工和国防应用领域取得商业进展。无需修改脉冲突发激光系统即可实现这些功能，每项增强功能都采用可以附加到系统的附加组件的形式，类似于向智能手机添加应用程序或向相机安装新镜头的方式。这些由 NASA SBIR 资助的附加组件提高了 Spectral Energies 的联邦机构、研究型大学和商业公司中每个客户的投资回报率 (ROI)。

发展小型企业

对于小型企业来说，资源有限的现实往往会抑制他们做更多事情的渴望。因此，需求往往是决策的最大驱动力：我们今天需要做什么才能让我们明天继续营业？NASA SBIR/STTR 计划的资助让 Spectral Energies 能够转变思维方式并发挥他们的创造力。

Spectral Energies 首席执行官 Sukesh Roy 博士表示：“通过 NASA 计划，我们开始将亚音速燃烧设施扩展到高超音速测试设施，这为这种激光的应用打开了许多大门，从爆炸到定向能。如果没有 NASA 的资助，我们就不可能推动多功能技术改进，从而大大拓宽应用领域。”进入新应用的研究和开发使公司能够拓宽其关注点，并最终找到更大的客户群。

Spectral Energies 与 NASA SBIR/STTR 计划的持续合作帮助公司进一步发展并取得成功。通过为现有客户提供进入新行业和新功能的机会，利用 NASA SBIR 资助开发的附加技术为小型企业带来了可观的商业收入。此外，这些发展为空军、海军、陆军和导弹防御局的新融资机会打开了大门。

为 NASA 及其他机构带来益处

美国宇航局兰利研究中心高级测量系统高级技术员保罗·丹尼希博士通过该计划与 Spectral Energies 合作开展了多个项目。丹尼希博士表示，NASA SBIR 资助不仅帮助了该公司的技术发展，而且该计划的资助还使 NASA 研究人员能够利用这项技术。

正如 Danehy 博士所解释的那样，SBIR/STTR第二阶段后融资工具（如第二阶段 E 和第三阶段）允许 NASA 内的其他项目汇集资金，然后从 SBIR/STTR 项目获得配套资金。这笔配套资金增加了 NASA 其他项目的购买力，并允许该机构购买两台 Spectral Energies 的脉冲突发激光系统及其附加组件。

机构研究人员正在使用这些脉冲爆发激光系统来获得独特的定量流场测量结果，这将使他们能够改进软件代码，以准确设计和评估新型航空航天飞行器。随着时间的推移，这些软件代码可以节省数亿美元的商用飞机认证费用，从而可以更快、更便宜地开发新飞机并将其交付给乘客。