Draper Laboratory - Draper Laboratory

Draper Laboratory
Typ Oberoende, ideellt företag
Industri Defense
Space
Biomedical
Energy
Grundad MIT Confidential Instrument Development Laboratory (1932)
Charles Stark Draper Laboratory, Inc. (1973)
Huvudkontor 555 Technology Square , Cambridge, MA 02139-3563
Antal platser
 4
Nyckelpersoner
 Dr William LaPlante , VD och koncernchef (2020–)
Inkomst 571,8 miljoner dollar (räkenskapsår 2017)
Antal anställda
 1700
Hemsida www.draper.com

Draper Laboratory är en amerikansk ideell forsknings- och utvecklingsorganisation med huvudkontor i Cambridge, Massachusetts ; dess officiella namn är The Charles Stark Draper Laboratory, Inc (ibland förkortat som CSDL ). Laboratoriet är specialiserat på design, utveckling och distribution av avancerade teknologilösningar för problem inom nationell säkerhet, rymdutforskning, hälsovård och energi.

Laboratoriet grundades 1932 av Charles Stark Draper vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) för att utveckla flygteknisk instrumentering och kom att kallas MIT Instrumentation Laboratory . Under denna period är laboratoriet mest känt för att utveckla Apollo Guidance Computer , den första kiselintegrerade kretsbaserade datorn. Det döptes om till sin grundare 1970 och separerades från MIT 1973 för att bli en oberoende ideell organisation.

Laboratoriepersonalens expertis omfattar områdena vägledning, navigering och styrteknik och system. fel-tolerant beräkning; avancerade algoritmer och mjukvarusystem; modellering och simulering; och mikroelektromekaniska system och multichip -modulteknik.

Historia

Displayen och tangentbordet (DSKY) gränssnitt för Apollo Guidance Computer , monterad på kontrollpanelen på kommandomodulen, med Flight Director Attitude Indicator (FDAI) ovan

År 1932 grundade Charles Stark Draper, en professor i MIT -luftfart, ett undervisningslaboratorium för att utveckla den instrumentering som behövs för att spåra, styra och navigera flygplan. Under andra världskriget var Drapers laboratorium känt som Confidential Instrument Development Laboratory . Senare ändrades namnet till MIT Instrumentation Laboratory eller I-Lab . Från 1970 var det beläget på 45 Osborn Street i Cambridge.

Laboratoriet döptes om till sin grundare 1970 och förblev en del av MIT till 1973 då det blev ett oberoende, ideellt forsknings- och utvecklingsföretag. Övergången till ett oberoende företag uppstod ur press för avyttring av MIT -laboratorier som utför militär forskning vid Vietnamkrigets tid , trots att laboratoriet inte hade någon roll i det kriget.

Som det avyttrades från MIT, var laboratoriet initialt flyttas till 75 Cambridge Parkway och andra spridda byggnader nära MIT, tills en centraliserad ny 450 tusen kvadratfot (42 tusen m 2 ) byggnaden skulle kunna resas upp på 555 teknik Square . Komplexet, designat av Skidmore, Owings & Merrill (Chicago), öppnades 1976 (senare bytt namn till "Robert A. Duffy Building" 1992).

I 1984, den nybyggda 170 tusen kvadratfot (16 tusen m 2 ) Albert G. Hill var Building öppnades på One Hampshire Street, och ansluten över gatan till huvudbyggnaden via en säkert sluten fotgängare skybridge . Men 1989 tvingades Draper Lab att minska sin personalstyrka på över 2000 till hälften genom en kombination av förtidspensionering, utmattning och ofrivilliga uppsägningar. Denna drastiska krympning orsakades av nedskärningar i försvarsfinansieringen och förändringar i regeringsavtalen. Som svar utökade Draper sitt arbete med att ta itu med icke-försvars nationella mål inom områden som rymdutforskning, energiresurser, medicin, robotik och artificiell intelligens, och vidtog också åtgärder för att öka sitt icke-statliga arbete och så småningom växa till 1400 anställda inom årtionde.

I 2017, var en tidigare öppen gårdsplan mellan de ursprungliga byggnaderna omvandlas till en sluten 20 tusen kvadratfot (1900 m 2 ) flervånings atrium att rymma säkerhetsskanning, mottagning, halvoffentliga områden, tillfällig utställningsutrymme, och personal matplats. Det öppna, luftiga inredningsrummet, designat av Boston -arkitekterna Elkus Manfredi , har en grön väggplantering och gott om sittplatser.

Ett huvudfokus för laboratoriets program under hela dess historia har varit utveckling och tidig tillämpning av avancerad teknik för vägledning, navigering och kontroll (GN&C) för att möta behoven hos det amerikanska försvarsdepartementet och NASA . Laboratoriets prestationer inkluderar design och utveckling av exakta och tillförlitliga styrsystem för undervattenslanserade ballistiska missiler, liksom för Apollo Guidance Computer som oavbrutet styrde Apollo- astronauterna till månen och tillbaka säkert till jorden. Laboratoriet bidrog till utvecklingen av tröghetssensorer, programvara och andra system för GN & C för kommersiella och militära flygplan, ubåtar, strategiska och taktiska missiler, rymdfarkoster och obemannade fordon.

Apolloprojektet omfattade arbete av programmerare som Don Eyles , Margaret Hamilton och Hal Laning , som kodade inbyggd uppdragsprogramvara för NASA Apollo 11 månlandning. Tröghetsbaserade GN & C-system var centrala för att navigera ballistiska missilubåtar under lång tid under vattnet för att undvika upptäckt och för att styra deras ubåtskickade ballistiska missiler till sina mål, från och med UGM-27 Polaris- missilprogrammet.

Platser

Draper har platser i flera amerikanska städer:

Tidigare platser inkluderar Tampa, Florida vid University of South Florida (Bioengineering Center).

Tekniska områden

Den ursprungliga logotypen betonade navigering och vägledningsteknik; laboratoriet har sedan dess diversifierat sina expertområden

Enligt sin webbplats tillämpar laboratoriepersonalen sin expertis på autonoma luft-, land-, havs- och rymdsystem; informationsintegration; distribuerade sensorer och nätverk; precisionsstyrd ammunition; Biomedicinsk forskning; kemiskt/biologiskt försvar; och modellering och hantering av energisystem. När så är lämpligt arbetar Draper med partners för att överföra sin teknik till kommersiell produktion.

Laboratoriet omfattar sju områden av teknisk expertis:

  • Strategiska system: Tillämpning av expertis inom vägledning, navigering och kontroll (GN&C) på hybrid GPS-stödd teknik och på ubåtsnavigering och strategisk vapensäkerhet.
  • Rymdsystem: Som "NASA: s teknikutvecklingspartner och övergångsagent för planetutforskning", utveckling av GN&C och högpresterande vetenskapliga instrument. Expertis riktar sig också till den nationella säkerhetsutrymmesektorn.
  • Taktiska system: Utveckling av maritim intelligens, övervakning och spaning (ISR) plattformar, miniatyriserad ammunitionsvägledning, guidade luftleveranssystem för materiel, soldatcentrerade fysiska system och beslutsstödssystem, säker elektronik och kommunikation och tidig avlyssning av missilförsvar. .
  • Specialprogram: Konceptutveckling, prototyper, lågprisproduktion och fältstöd för förstklassiga system, kopplade till de andra tekniska områdena.
  • Biomedicinska system: Mikroelektromekaniska system (MEMS), mikrofluidiska tillämpningar av medicinsk teknik och miniatyriserade smarta medicinska enheter.
  • Air Warfare och ISR: Intelligence -teknik för inriktning och målplaneringsapplikationer.
  • Energilösningar: Hantera utrustningens tillförlitlighet, effektivitet och prestanda genom komplexa energiproduktions- och förbrukningssystem, inklusive kolkraftverk eller den internationella rymdstationen .

Anmärkningsvärda projekt

Den USS  George Washington  (SSBN-598) förlitat sig på tröghetsnavigering medan nedsänkt och dess UGM-27 Polaris missiler förlitat sig på tröghets vägledning för att hitta sina mål.

Projektområden som har dykt upp i nyheterna hänvisade till Draper Laboratories kärnkompetens inom tröghetsnavigering , så sent som 2003. Mer nyligen har tyngdpunkten flyttats till forskning inom innovativa rymdenavigeringsteman, intelligenta system som förlitar sig på sensorer och datorer för att fatta autonoma beslut, och medicinsk utrustning i nanoskala.

Tröghetsnavigering

Laboratoriepersonalen har studerat sätt att integrera input från Global Positioning System (GPS) i tröghetsnavigeringsbaserad navigering för att sänka kostnaderna och förbättra tillförlitligheten. Militära tröghetsnavigeringssystem (INS) kan inte helt förlita sig på GPS -satellittillgänglighet för kurskorrigering (vilket krävs av gradvis feltillväxt eller "drift"), på grund av hotet om fientlig blockering eller störning av signal. Ett mindre noggrant tröghetssystem innebär vanligtvis ett billigare system, men ett som kräver mer frekvent omkalibrering av position från en annan källa, som GPS. System som integrerar GPS med INS klassificeras som "löst kopplade" (före 1995), "tätt kopplade" (1996-2002) eller "djupt integrerade" (2002 och framåt), beroende på graden av hårdvara. Från och med 2006 var det tänkt att många militära och civila användningsområden skulle integrera GPS med INS, inklusive möjligheten till artilleriskal med ett djupt integrerat system som tål 20 000 g , när det avfyras från en kanon.

Rymdnavigering

Driften av den internationella rymdstationen använder flera Draper Laboratory -tekniker.

Under 2010 samarbetade Draper Laboratory och MIT med två andra partners som en del av Next Giant Leap -teamet för att vinna ett bidrag för att uppnå Google Lunar X Prize skicka den första privatfinansierade roboten till månen. För att kvalificera sig för priset måste roboten färdas 500 meter över månytan och överföra video, bilder och annan data tillbaka till jorden. Ett team utvecklade en "Terrestrial Artificial Lunar and Reduced Gravity Simulator" för att simulera operationer i rymdmiljön, med hjälp av Draper Laboratory: s vägledning, navigering och kontrollalgoritm för minskad gravitation.

År 2012 utvecklade ingenjörer från Draper Laboratory i Houston , Texas, en ny metod för att vända den internationella rymdstationen , kallad "optimal drivmedelsmanöver", vilket uppnådde en besparing på 94 procent jämfört med tidigare praxis. Algoritmen tar hänsyn till allt som påverkar hur stationen rör sig, inklusive "dess thrusterers position och effekterna av gravitation och gyroskopiskt vridmoment".

Från och med 2013, i personlig skala, utvecklade Draper ett plagg för användning i omloppsbana som använder Controlled Moment Gyros (CMG) som skapar motstånd mot rörelse av en astronauts lemmar för att minska benförlust och bibehålla muskelton under långvarig rymdflygning. Enheten kallas en Variable Vector Countermeasure suit, eller V2Suit, som också använder CMG för att hjälpa till med balans och rörelsekoordination genom att skapa motstånd mot rörelse och en artificiell känsla av "dun". Varje CMG -modul är ungefär lika stor som en kortlek. Konceptet är att plagget ska bäras "inför landningen tillbaka på jorden eller regelbundet under ett långt uppdrag".

År 2013 utvecklade ett Draper/MIT/NASA-team också en CMG-förstärkt rymddräkt som skulle utöka den nuvarande kapaciteten för NASA: s "Simplified Aid for EVA Rescue" (SAFER)-en rymddräkt utformad för "framdrivande självräddning" för när en astronaut av misstag blir bunden från ett rymdfarkoster. Den CMG-förstärkta kostymen skulle ge bättre motkraft än vad som nu är tillgängligt för när astronauter använder verktyg i miljöer med låg gravitation. Motkraft är tillgänglig på jorden från gravitationen. Utan den skulle en applicerad kraft resultera i en lika kraft i motsatt riktning, antingen i en rak linje eller snurrande. I rymden kan detta skicka en astronaut ur kontroll. För närvarande måste astronauter fästa sig på ytan som bearbetas. CMG: erna skulle erbjuda ett alternativ till mekanisk anslutning eller gravitationskraft.

Kommersiella Lunar Payload Services

Ytterligare information: Commercial Lunar Payload Services

Den 29 november 2018 utsågs Draper Laboratory till en kommersiell Lunar Payload Services -entreprenör av NASA , vilket gör det berättigat att bjuda på att leverera vetenskapliga och tekniska nyttolaster till månen för NASA. Draper Lab har formellt föreslagit en månlandare som heter Artemis-7 . Företaget förklarade att siffran 7 betecknar det sjunde månlandningsuppdraget där Draper Laboratory skulle vara involverad, efter de sex Apollo månlandningarna. Lander -konceptet är baserat på en design av ett japanskt företag som heter ispace , som är en teammedlem i Draper i denna satsning. Underleverantörer i detta företag inkluderar General Atomics som kommer att tillverka landaren och Spaceflight Industries , som kommer att ordna lanseringstjänster för landaren.

Intelligenta system

Draper -forskare utvecklar system för artificiell intelligens för att låta robotanordningar lära sig av sina misstag. Detta arbete stöder DARPA -finansierat arbete, avseende Army Future Combat System . Denna förmåga skulle göra det möjligt för en autonom under eld att lära sig att den vägen är farlig och hitta en säkrare väg eller att känna igen dess bränslestatus och skadestatus. Från och med 2008 ledde Paul DeBitetto enligt uppgift den kognitiva robotteknikgruppen vid laboratoriet.

Från och med 2009 finansierade US Department of Homeland Security Draper Laboratory och andra samarbetspartners för att utveckla en teknik för att upptäcka potentiella terrorister med kameror och andra sensorer som övervakar beteenden hos människor som screenas. Projektet kallas Future Attribute Screening Technology (FAST). Ansökan skulle gälla säkerhetskontroller för att bedöma kandidater för uppföljningsscreening. I en demonstration av tekniken förklarade projektledaren Robert P. Burns att systemet är utformat för att skilja mellan onda avsikter och godartade uttryck för nöd genom att använda en omfattande kroppsforskning om bedrägeripsykologi.

Från och med 2010 ledde Neil Adams, chef för taktiska systemprogram för Draper Laboratory, systemintegrationen av Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Nano Aerial Vehicle (NAV) -program för att minimera flygande spaningsplattformar. Detta innebär att hantera fordonet, kommunikations- och markkontrollsystem gör det möjligt för NAV: er att fungera autonomt för att bära en sensorns nyttolast för att uppnå det avsedda uppdraget. NAVS måste arbeta i tätorter med liten eller ingen GPS-signal tillgänglig, beroende på synbaserade sensorer och system.

Medicinska system

Mikrofluidiska enheter har potential för implantation hos människor för att leverera korrigerande behandlingar.

År 2009 samarbetade Draper med Massachusetts Eye and Ear Infirmary för att utveckla en implanterbar läkemedelsleveransanordning, som "slår samman aspekter av mikroelektromekaniska system , eller MEMS, med mikrofluidik, vilket möjliggör exakt kontroll av vätskor på mycket små skalor". Enheten är en "flexibel, vätskefylld maskin", som använder rör som expanderar och drar ihop sig för att främja vätskeflöde genom kanaler med en definierad rytm, driven av en mikroskala pump, som anpassar sig till miljöinmatning. Systemet, finansierat av National Institutes of Health , kan behandla hörselnedsättning genom att leverera "små mängder av ett flytande läkemedel till en mycket ömtålig del av örat, implantatet kommer att tillåta sensoriska celler att växa upp igen och slutligen återställa patientens hörsel".

Från och med 2010 utvecklade Heather Clark från Draper Laboratory en metod för att mäta blodsockerkoncentrationen utan att sticka fingrar. Metoden använder en nanosensor, som en miniatyrtatuering, bara flera millimeter över, som patienter applicerar på huden. Sensorn använder nära-infrarött eller synligt ljusintervall för att bestämma glukoskoncentrationer. Normalt för att reglera sina blodsockernivåer måste diabetiker mäta sitt blodsocker flera gånger om dagen genom att ta en droppe blod som erhållits med en nålstick och sätta in provet i en maskin som kan mäta glukosnivån. Nano-sensor-metoden skulle ersätta denna process.

Anmärkningsvärda innovationer

Laboratoriepersonal arbetade i team för att skapa nya navigationssystem, baserade på tröghetsvägledning och på digitala datorer för att stödja de nödvändiga beräkningarna för att bestämma rumslig positionering.

  • Mark 14 Gunsight (1942)-Förbättrad kanonsäkerhetsnoggrannhet för luftvärnskanoner som användes ombord på marinfartyg under andra världskriget
  • Space Inertial Reference Equipment (SPIRE) (1953)-En autonom all-inertial navigering för flygplan vars genomförbarhet laboratoriet visade i en serie 1953 flygprov.
  • Den Laning och Zierler systemet (1954: även kallad "George") - En tidig algebraisk kompilator, designad av Hal Laning och Neal Zierler.
  • Q-guidning- En metod för missilvägledning, utvecklad av Hal Laning och Richard Battin
  • Apollo Guidance Computer — Den första utplacerade datorn för att utnyttja integrerad kretsteknik ombord, autonom navigering i rymden
  • Digital fly-by-wire — Ett styrsystem som tillåter en pilot att styra flygplanet utan att vara mekaniskt ansluten till flygplanets kontrollytor
  • Feltolerant beräkning-Användning av flera datorer fungerar samtidigt med en uppgift. Om någon av datorerna misslyckas kan de andra ta över en vital förmåga när säkerheten för ett flygplan eller ett annat system står på spel.
  • Mikroelektromekanisk ( MEMS ) teknik-Mikromekaniska system som möjliggjorde det första mikromaskinerade gyroskopet.
  • Autonoma systemalgoritmer — Algoritmer, som tillåter autonomt möte och dockning av rymdfarkoster; system för undervattensfordon
  • GPS i kombination med tröghetsnavigationssystem — Ett sätt att tillåta kontinuerlig navigering när fordonet eller systemet går in i en GPS-förnekad miljö

Uppsökande program

Draper Laboratory tillämpar några av sina resurser på att utveckla och erkänna tekniska talanger genom utbildningsprogram och offentliga utställningar. Det sponsrar också Charles Stark Draper Prize , ett av de tre så kallade "Nobel Prize of Engineering" som administreras av US National Academy of Engineering .

Utställningar

Apollo Guidance Computer på Hack the Moon -utställningen, med en bild av programvarupionjären Margaret Hamilton uppe till höger

Då och då arrangerar Draper Laboratory gratis utställningar och evenemang som är öppna för allmänheten, som presenteras i speciella halvoffentliga utrymmen längst fram i det centrala atriumutrymmet i Duffy-byggnaden. År 2019 presenterade Draper till exempel Hack the Moon , ett firande av 50 -årsdagen av den första Apollo -månlandningen den 20 juli 1969 . Utställningen innehöll artefakter, till exempel Apollo Guidance Computer hardware som utvecklats på Draper, och uppdragsprogramvaran som utvecklats av Draper -personal inklusive Don Eyles , Margaret Hamilton och Hal Laning . Besökare kan öva på att landa Apollo Lunar Module på en mjukvarusimulator och sedan försöka landa medan de kör inuti en fullstor rörelsesimulator som den som astronauterna använde för att utöva själva uppdraget. Samtal av Draper -anställda och pensionärer och gratis offentliga konserter avslutade festligheterna. En särskild Hack the Moon -webbplats skapades för att minnas firandet.

Andra utställningar har belyst olika aspekter av de forskningsprojekt som bedrivs på Draper, inklusive information om anställningsmöjligheter. Alla besökare måste passera genom en säkerhetsskanner som liknar dem som används på flygplatser, men särskilda säkerhetsavklaringar krävs inte för att komma åt de halvoffentliga områdena.

Teknisk utbildning

Det forskningsbaserade Draper Fellow-programmet sponsrar cirka 50 doktorander varje år. Studenter utbildas för att fylla ledarpositioner inom regeringen, militären, industrin och utbildningen. Laboratoriet stöder också forskning på campus med fakultets- och huvudutredare genom universitetets FoU-program. Det erbjuder grundutbildning student anställning och praktik möjligheter.

Draper Laboratory genomför ett STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) K – 12 och samhällsutbildnings uppsökande program, som det inrättade 1984. Varje år distribuerar laboratoriet mer än 175 000 dollar genom sina samhällsrelationsprogram. Dessa medel inkluderar stöd till praktik, kooperativ, deltagande i vetenskapliga festivaler och tillhandahållande av turer och talare-är en förlängning av detta uppdrag.

Från och med 2021 sponsrar Draper Laboratory också Draper Spark! Lab, på National Museum of American History på National Mall i Washington, DC. Den praktiska uppfinningsarbetsytan som drivs av Smithsonian Institution är gratis för alla besökare och fokuserar på pedagogiska aktiviteter för barn i åldern 6 till 12 år.

Draperpris

Företaget ger Charles Stark Draper Prize , som administreras av National Academy of Engineering . Det tilldelas "att erkänna innovativa tekniska prestationer och deras minskning till praktiken på sätt som har lett till viktiga fördelar och betydande förbättringar av mänsklighetens välbefinnande och frihet". Prestationer inom alla tekniska discipliner är berättigade till $ 500 000 -priset.

Se även

Referenser