Amikor eljön az ideje, hogy a NASA visszatérjen űrhajósokat a Holdra és a Marsra, számos új űrhajórendszer kerül játékba. Ide tartoznak az Űrindító rendszer (SLS), a legerősebb rakéta, amelyet valaha építettek, és az Orion többcélú személyzet (MPCV) - egy következő generációs űrhajó, amely legénységét az alacsony földi pályán (LEO) túlmutatja.
Természetesen, mielőtt ezek a rendszerek végrehajthatják a missziókat, átfogó tesztelést kell végezni annak biztosítása érdekében, hogy azok biztonságosak és jól teljesítenek. Ebben a szellemben a NASA fejlett szuperszámítógépes (NAS) kutatói jelenleg nagyon részletes szimulációkat és vizualizációkat folytatnak annak biztosítása érdekében, hogy az Orion űrhajó Launch Abort Vehicle (LAV) biztonságban tartsa a személyzetet, ha vészhelyzet merül fel felszállás közben.
Alapvetően a LAV az Orion Launch Abort System (LAS) és a személyzet moduljának kombinált konfigurációja, amelynek célja a legénység biztonságának megteremtése, ha vészhelyzet merül fel az indítópadon vagy a repülés első két percében. Ezek a szimulációs és vizualizációs technikák, amelyeket a NASA Ames Kutatóközpontban a Pleiades szuperszámítógéppel végeztek, megjósolják, hogy a rezgések miként befolyásolják az Orion űrhajó felszállás közbeni indító járműjét.
Ezek a tesztek nemcsak az Orion LAV motor tervezési erőfeszítéseinek elősegítésére szolgálnak (a NASA és az Orion fővállalkozója, Lockheed Martin közötti együttműködési erőfeszítés), hanem az űrhajók fejlesztése terén is példátlanok. Ahogyan Francois Cadieux, a NAS Számítástechnikai Aerosciences ágának kutatója elmagyarázta:
„Ez az egyik első alkalom, amikor a nagy örvényszimulációs (LES) technikákat alkalmazták a NASA teljes méretű űrhajóinak elemzésében és tervezésében. Nagyon izgatott vagyok, hogy részt vehetek az ügynökség következő nagy emberi űrkutatási projektjében - ez a munka eljuttatja a LES-t ahhoz a ponthoz, ahol elég rövid előrejelzési időben pontos előrejelzéseket tud nyújtani az Orion tervezéséhez. "
Korábban az ilyen nagy hűségű eszközök használata nagyrészt a tudományos kutatásokra korlátozódott, és nem valami, amelyet a magánipari vállalkozók kihasználhatnának. Michael Baraddal - az Ames Kutatóközpont légiforgalmi mérnökével - a Cadieux a NAS által kifejlesztett Launch Ascent és Jármű-aerodinamika (LAVA) szoftver segítségével számos turbulencia-feloldó számítási folyadékdinamikai (CFD) szimulációt készített.
NAS vizualizációs szakértők segítettek nekik, akik segítették a kutatókat különböző típusú örvények azonosításában, amelyek zajt és rezgést okozhatnak. E szimulációs adatok felhasználásával a vizualizációs szakértők kiváló minőségű képek és filmek sorozatát készítették, amelyek szemléltették, hogy az Orion LAS milyen áramlási dinamikát tapasztalhat meg egy indítás megszakításakor. Ahogy Cadieux kifejtette:
„Ezen vizualizációk alapján meg tudtuk határozni a jármű vibrációs terheléseinek területeit és azok forrásait. Amit megtudtunk, hogy a tollazat turbulenciájából származó zaj lényegesen magasabb, mint a csatolt lökéshullámokkal való kölcsönhatásból származó zaj. "
Az alábbi videó egy emelkedő megszakítási forgatókönyv szimulációját mutatja, ahol a LAS levált az SLS-től és a hangsebesség közelében halad. Az abortusz a LAS motor gyújtásával kezdődik, majd lelassul, mivel a nyomás és a légáramlás körülményei különösen nehézek.
A színes tollak a magas nyomást (piros) és az alacsony nyomást (kék) jelzik, a képpontok kékről pirosra (és fordítva) változnak a nyomáshullámokhoz viszonyítva, amelyek rezgéseket okoznak a járművön (fehér). Azok a régiók, ahol a szín hirtelen megváltozik, de idővel általában kék vagy vörös marad, jelzi a sokkhullámok jelenlétét. Végül ezek a szimulációk közvetlenül befolyásolják az űrhajó kialakítását, és elősegítik az űrhajósok biztonságát és az űrhajók teljesítményét.
"Még mindig sok kérdést teszünk fel" - mondta Cadieux. „Például, hogyan változnak a LAV felületén lévő terhelések nagyobb támadási szögek esetén? Hogyan lehet a szélcsatorna-tesztek eredményeit a legjobban felhasználni a terhelés előrejelzésére a tényleges repülési körülmények között, ahol a jármű gyorsul? ”
Az ezekre a kérdésekre adott válaszokat felhasználják a földi tesztek, a személyzet makett teszteinek és a kritikus repülési teszteknek a következő sorozatának megtervezésére, amelyek előkészítik az Orion űrhajót az első legénységgel ellátott küldetéséhez - a Exploration Mission 2 (EM-2). Ez a misszió, amelyet 2023-ra terveznek elindítani, négy legénységből áll, akik holdi repülést végeznek és szállítják az első alkatrészeket a Deep Space Gateway-hez.
Nézze meg a szimulációs videót is, a NASA Ames Kutatóközpont jóvoltából:
