Kun NASA: lla on aika lähettää astronautit takaisin Kuuhun ja edelleen Marsille, joukko uusia avaruusalustajärjestelmiä tulee markkinoille. Näitä ovat Space Launch System (SLS), kaikkien aikojen tehokkain raketti ja Orionin monikäyttöinen miehistö (MPCV) - seuraavan sukupolven avaruusalusta, joka kuljettaa miehistöjä matalan maapallon kiertoradan (LEO) ulkopuolella.
Ennen kuin jompikumpi näistä järjestelmistä voi suorittaa tehtäviä, on luonnollisesti suoritettava laaja testaus varmistaakseen, että ne ovat turvallisia ja toimivat hyvin. Tässä hengessä NASA: n Advanced Supercomputing (NAS) -tutkijat suorittavat tällä hetkellä erittäin yksityiskohtaisia simulaatioita ja visualisointeja varmistaakseen, että Orion-avaruusaluksen Launch Abort Vehicle (LAV) pitää miehistön turvassa, jos hätätilanne tapahtuu lentoonlähdön aikana.
Pohjimmiltaan LAV on Orionin käynnistyskeskuksen (LAS) ja miehistömoduulin yhdistelmäkonfiguraatio, ja se on suunniteltu antamaan miehistö turvallisuuteen, jos laukaisualustalla tai kahden ensimmäisen lennon minuutin aikana tapahtuu hätätilanne. Nämä simulaatio- ja visualisointitekniikat, jotka suoritettiin Plejades-supertietokoneen kanssa NASA Ames-tutkimuskeskuksessa, ennustavat, miten tärinä vaikuttaa Orion-avaruusaluksen laukaisuajoneuvoon lentoonlähdön aikana.
Nämä testit eivät ole vain avuksi Orion LAV -moottorin suunnittelupyrkimyksissä (NASA: n ja Orionin pääurakoitsijan Lockheed Martinin yhteistyössä), mutta myös testit ovat melko ennennäkemättömiä avaruusalusten kehittämisen kannalta. Kuten NAS: n laskennallisen ilmailuosaston tutkija Francois Cadieux selitti:
”Tämä on yksi ensimmäisistä kertaa, kun suuria pyörre simulointitekniikoita (LES) on käytetty NASA: n täysimittaisessa avaruusalusten analyysissa ja suunnittelussa. Olen innoissani siitä, että voin osallistua viraston seuraavaan suureen ihmisen avaruustutkimusprojektiin - tämä työ vie LES: n pisteeseen, jossa se voi antaa tarkkoja ennusteita riittävän lyhyessä käännösajassa Orionin suunnittelun ohjaamiseksi. "
Aikaisemmin tällaisten erittäin uskollisten työkalujen käyttö on rajoitettu suurelta osin akateemiseen tutkimukseen, eikä yksityisen teollisuuden urakoitsijat voisi hyödyntää mitään. Yhdessä Amesin tutkimuskeskuksen ilmailuinsinöörin Michael Baradin kanssa Cadieux tuotti erilaisia turbulenssia ratkaisevia laskennallisia fluididynamiikan (CFD) simulaatioita käyttämällä NAS: n kehittämää Launch Ascent ja Vehicle Aerodynamics (LAVA) -ohjelmistoa.
Heitä auttoivat NAS-visualisointiasiantuntijat, jotka auttoivat tutkijoita tunnistamaan erityyppisiä pyörteitä, jotka voivat aiheuttaa melua ja tärinää. Tätä simulointitietoa käyttämällä visualisoinnin asiantuntijat loivat sarjan korkealaatuisia kuvia ja elokuvia, jotka havainnollistivat, millaista virtausdynamiikkaa Orion LAS kokee käynnistyksen keskeytyksen aikana. Kuten Cadieux selitti:
”Näiden visualisointien avulla pystyimme tunnistamaan ajoneuvon korkean värähtelykuorman alueet ja niiden lähteet. Mitä opimme, on se, että tulpan turbulenssista tuleva melu on huomattavasti korkeampi kuin mikä tahansa melu, joka syntyy sen vuorovaikutuksesta kiinnitettyjen iskuaaltojen kanssa. "
Seuraava video näyttää nousun keskeytysskenaarion simuloinnin, jossa LAS on irrottautunut SLS: stä ja kulkee lähellä äänenopeutta. Keskeytysprosessi alkaa LAS-moottorin syttyessä ja hidastuu sitten, kun paine- ja ilmavirtaolosuhteet muuttuvat erityisen ankariksi.
Värilliset plummit osoittavat korkeaa (punaista) ja matalaa (sinistä), ja pikselit muuttuvat sinisestä punaiseksi (ja päinvastoin) suhteessa paineaaltoihin, jotka aiheuttavat ajoneuvon tärinää (valkoinen). Alueet, joilla väri muuttuu äkillisesti, mutta pysyy yleensä sininen tai punainen ajan myötä, osoittaa iskuaaltojen läsnäoloa. Loppujen lopuksi nämä simulaatiot vaikuttavat suoraan avaruusaluksen suunnitteluun ja auttavat varmistamaan astronautin turvallisuuden ja avaruusaluksen suorituskyvyn.
"Kysymme edelleen paljon kysymyksiä", sanoi Cadieux. ”Kuinka LAV-pinnan kuormat muuttuvat suuremmilla hyökkäyskulmilla? Kuinka voimme parhaiten käyttää tuuletunnelikokeista saatuja tietoja kuormitusten ennakoimiseksi todellisissa lentoolosuhteissa, joissa ajoneuvo kiihtyy? ”
Näihin kysymyksiin annettuja vastauksia käytetään suunnittelemaan seuraava maa-testien, miehistön mallitestien ja kriittisten lentotestien sarja, joka valmistelee Orion-avaruusaluksen ensimmäiselle miehitetylle tehtävälleen - Exploration Mission 2 (EM-2). Tämä operaatio, jonka on määrä aloittaa vuoteen 2023 mennessä, koostuu neljästä miehistön jäsenestä, jotka suorittavat kuun lentosuunnan ja toimittavat ensimmäiset komponentit Deep Space Gatewaylle.
Katso myös simulaatiovideo NASA Ames-tutkimuskeskuksen suosituksesta:
