Όταν έρθει η ώρα για τη NASA να στείλει τους αστροναύτες πίσω στη Σελήνη και στον Άρη, θα κυκλοφορήσουν πολλά νέα συστήματα διαστημικών σκαφών. Σε αυτά περιλαμβάνεται το Space Launch System (SLS), ο πιο ισχυρός πύραυλος που κατασκευάστηκε ποτέ και το Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) - ένα διαστημικό σκάφος επόμενης γενιάς που θα μεταφέρει πληρώματα πέρα από το Low Earth Orbit (LEO).
Φυσικά, πριν από οποιοδήποτε από αυτά τα συστήματα μπορεί να πραγματοποιήσει αποστολές, πρέπει να διεξαχθούν εκτεταμένες δοκιμές για να διασφαλιστεί ότι είναι ασφαλείς και θα έχουν καλή απόδοση. Με αυτό το πνεύμα, οι ερευνητές της NASA Advanced Supercomputing (NAS) διεξάγουν επί του παρόντος πολύ λεπτομερείς προσομοιώσεις και οπτικοποιήσεις για να διασφαλίσουν ότι το Launch Abort Vehicle (LAV) του διαστημικού σκάφους θα διατηρήσει τα πληρώματα ασφαλή, σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης κατά την απογείωση.
Βασικά, το LAV είναι η συνδυασμένη διαμόρφωση του Orion Launch Abort System (LAS) και της μονάδας πληρώματος, και έχει σχεδιαστεί για να φέρει το πλήρωμα σε ασφάλεια σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης στην επιφάνεια εκκίνησης ή κατά τη διάρκεια των δύο πρώτων λεπτών της πτήσης. Αυτές οι τεχνικές προσομοίωσης και οπτικοποίησης, που διεξήχθησαν με τον υπερυπολογιστή Pleiades στο Κέντρο Έρευνας της NASA Ames, προβλέπουν πώς οι δονήσεις θα επηρεάσουν την εκτόξευση του οχήματος από το διαστημόπλοιο Orion κατά την απογείωση.
Όχι μόνο αυτές οι δοκιμές βοηθούν στις σχεδιαστικές προσπάθειες του κινητήρα Orion LAV (μια συνεργατική προσπάθεια μεταξύ της NASA και του πρωταρχικού εργολάβου της Orion Lockheed Martin), αλλά είναι μάλλον πρωτοφανείς όσον αφορά την ανάπτυξη των διαστημικών σκαφών. Όπως εξήγησε ο Francois Cadieux, ερευνητής στον κλάδο NAS Computational Aerosciences Branch:
«Αυτή είναι μία από τις πρώτες φορές που χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές προσομοίωσης μεγάλου Eddy (LES) σε ανάλυση και σχεδιασμό διαστημικών σκαφών πλήρους κλίμακας στη NASA. Είμαι ενθουσιασμένος που θα παίξω ρόλο στο επόμενο μεγάλο έργο εξερεύνησης του ανθρώπινου διαστήματος του πρακτορείου. Αυτή η εργασία φέρνει το LES σε ένα σημείο όπου μπορεί να παρέχει ακριβείς προβλέψεις σε σύντομο χρονικό διάστημα για να καθοδηγήσει το σχεδιασμό του Orion. "
Προηγουμένως, η χρήση τέτοιων εργαλείων υψηλής πιστότητας περιορίστηκε σε μεγάλο βαθμό στην ακαδημαϊκή έρευνα και δεν μπορούσε να επωφεληθεί κάτι από τους εργολάβους του ιδιωτικού κλάδου. Μαζί με τον Michael Barad - μηχανικό αεροδιαστημικής στο Κέντρο Έρευνας Ames - το Cadieux δημιούργησε μια ποικιλία προσομοιώσεων υπολογιστικής δυναμικής ρευστού (CFD) για την επίλυση των στροβιλισμών χρησιμοποιώντας το λογισμικό Launch Ascent και Vehicle Aerodynamics (LAVA) που αναπτύχθηκε από το NAS.
Βοηθήθηκαν από εμπειρογνώμονες οπτικοποίησης NAS, οι οποίοι βοήθησαν τους ερευνητές να εντοπίσουν διαφορετικούς τύπους στροβίλων που μπορούν να προκαλέσουν θόρυβο και δονήσεις. Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα προσομοίωσης, οι εμπειρογνώμονες οπτικοποίησης δημιούργησαν μια σειρά εικόνων και ταινιών υψηλής ποιότητας που απεικονίζουν τι είδους δυναμική ροής θα βιώσει το Orion LAS κατά τη διάρκεια μιας ματαίωσης. Όπως εξήγησε ο Cadieux:
«Από αυτές τις απεικονίσεις, καταφέραμε να εντοπίσουμε περιοχές με υψηλό κραδασμικό φορτίο στο όχημα και τις πηγές τους. Αυτό που μάθαμε είναι ότι ο θόρυβος που προέρχεται από την αναταραχή του λοφίου είναι σημαντικά υψηλότερος από κάθε θόρυβο που προκαλείται από την αλληλεπίδρασή του με τα συνδεδεμένα κύματα.
Το παρακάτω βίντεο δείχνει την προσομοίωση ενός σεναρίου ανόδου, όπου το LAS έχει αποκολληθεί από το SLS και ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του ήχου. Η διαδικασία ματαίωσης ξεκινά με την ανάφλεξη του κινητήρα LAS και στη συνέχεια επιβραδύνεται καθώς οι συνθήκες πίεσης και ροής αέρα γίνονται ιδιαίτερα σκληρές.
Τα χρωματιστά λοφία δείχνουν υψηλή πίεση (κόκκινο) και χαμηλή πίεση (μπλε), με τα pixel να αλλάζουν από μπλε σε κόκκινο (και αντίστροφα) σε σχέση με τα κύματα πίεσης που προκαλούν δονήσεις στο όχημα (λευκό). Οι περιοχές όπου το χρώμα αλλάζει απότομα, αλλά παραμένει γενικά μπλε ή κόκκινο με την πάροδο του χρόνου, υποδηλώνει την παρουσία κυμάτων σοκ. Στο τέλος, αυτές οι προσομοιώσεις επηρεάζουν άμεσα το σχεδιασμό του διαστημικού σκάφους και θα βοηθήσουν στη διασφάλιση της ασφάλειας των αστροναυτών και της απόδοσης των διαστημικών σκαφών.
«Κάνουμε ακόμα πολλές ερωτήσεις», είπε ο Cadieux. «Όπως, πώς αλλάζουν τα φορτία στην επιφάνεια LAV σε υψηλότερες γωνίες επίθεσης; Πώς χρησιμοποιούμε καλύτερα δεδομένα από δοκιμές σήραγγας για την πρόβλεψη φορτίων για πραγματικές συνθήκες πτήσης όπου το όχημα επιταχύνεται; "
Οι απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις θα χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό της επόμενης σειράς δοκιμών εδάφους, δοκιμών mockup πληρώματος και κρίσιμων δοκιμών πτήσης, οι οποίες θα προετοιμάσουν το διαστημόπλοιο Orion για την πρώτη του αποστολή - την αποστολή εξερεύνησης 2 (EM-2). Αυτή η αποστολή, η οποία έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει έως το 2023, θα αποτελείται από τέσσερα μέλη του πληρώματος που πραγματοποιούν μια σεληνιακή πτήση και θα παραδίδουν τα πρώτα στοιχεία για το Deep Space Gateway.
Φροντίστε να δείτε και το βίντεο προσομοίωσης, ευγενική προσφορά του NASA Ames Research Center:
