Keď NASA príde na to, aby poslala astronautov späť na Mesiac a na Mars, do hry vstúpi množstvo nových kozmických systémov. Patrí medzi ne vesmírny raketový systém (SLS), najvýkonnejšia raketa, akú kedy bola postavená, a viacúčelové posádkové vozidlo Orion (MPCV) - kozmická loď novej generácie, ktorá bude prepravovať posádky za hranicu Low Earth Orbit (LEO).
Predtým, ako ktorýkoľvek z týchto systémov dokáže vykonávať misie, je prirodzené, že je potrebné vykonať rozsiahle testovanie, aby sa zaistilo, že sú bezpečné a budú dobre fungovať. V tomto duchu vedci z NASA Advanced Supercomputing (NAS) v súčasnosti vykonávajú veľmi podrobné simulácie a vizualizácie, aby zabezpečili, že štartovacie potratové vozidlo (LAV) kozmickej lode bude posádky v bezpečí, ak by sa počas vzletu vyskytli núdzové situácie.
LAV je v zásade kombináciou konfigurácie systému prerušenia letu Orion (LAS) a modulu posádky a je navrhnutý tak, aby zaistil bezpečnosť posádky v prípade, že na štartovacej ploche alebo počas prvých dvoch minút letu nastane núdzový stav. Tieto simulačné a vizualizačné techniky, ktoré sa uskutočňovali so superpočítačom Pleiades vo výskumnom stredisku NASA Ames, predpovedajú, ako vibrácie ovplyvnia štartovacie vozidlo Orion počas štartu.
Nielenže tieto testy pomáhajú pri konštrukčnom úsilí motora Orion LAV (spoločné úsilie medzi NASA a hlavným dodávateľom Orion Lockheed Martin), sú tiež dosť nebývalé, pokiaľ ide o vývoj kozmických lodí. Ako Francois Cadieux, vedecký pracovník v odbore výpočtovej techniky NAS, vysvetlil:
„Je to jedna z prvých situácií, keď sa pri analýze a návrhu vesmírnych lodí v NASA použili techniky veľkej vírivej simulácie (LES). Som nadšený, že sa môžem podieľať na ďalšom veľkom projekte ľudského výskumu vesmíru agentúry - táto práca prinesie LES do bodu, keď môže poskytnúť presné predpovede v dostatočne krátkom časovom horizonte, ktorý by mohol viesť dizajn Oriona. ““
Doteraz sa používanie takýchto nástrojov vysokej vernosti do značnej miery obmedzovalo na akademický výskum a nie niečo, z čoho by mohli profitovať súkromní dodávatelia. Spolu s leteckým inžinierom vo výskumnom stredisku Ames Michaelom Baradom spoločnosť Cadieux vyrobila rôzne simulácie výpočtovej dynamiky tekutín (CFD), ktoré riešia turbulencie, pomocou softvéru NASA Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Pomáhali im odborníci na vizualizáciu NAS, ktorí pomáhali vedcom identifikovať rôzne druhy vírov, ktoré môžu spôsobovať hluk a vibrácie. Pomocou týchto simulačných údajov odborníci na vizualizáciu vytvorili sériu vysokokvalitných obrázkov a filmov, ktoré ilustrujú, aký druh dynamiky toku by došlo k Orion LAS počas prerušenia letu. Ako vysvetlil Cadieux:
„Z týchto vizualizácií sme dokázali identifikovať oblasti s vysokým vibračným zaťažením na vozidle a ich zdroje. Dozvedeli sme sa, že hluk pochádzajúci z turbulencie oblaku je podstatne vyšší ako hluk generovaný jeho interakciou s pripojenými rázovými vlnami. “
Video nižšie ukazuje simuláciu scenára potratu na výstupe, keď sa LAS odpojila od SLS a pohybuje sa blízko rýchlosti zvuku. Proces prerušenia sa začína zapaľovaním motora LAS a potom sa spomaľuje, keď sú podmienky tlaku a prúdenia vzduchu obzvlášť tvrdé.
Farebné oblaky označujú vysoký tlak (červený) a nízky tlak (modrý), pričom pixely sa menia z modrej na červenú (a naopak) vo vzťahu k tlakovým vlnám, ktoré spôsobujú vibrácie na vozidle (biela). Oblasti, v ktorých sa farba náhle zmení, ale spravidla zostávajú v priebehu času modré alebo červené, naznačujú prítomnosť rázových vĺn. Nakoniec tieto simulácie priamo ovplyvňujú konštrukciu kozmickej lode a pomôžu zaistiť bezpečnosť astronautov a výkon kozmických lodí.
"Stále kladieme veľa otázok," povedal Cadieux. „Ako sa mení záťaž na povrchu LAV pri vyšších uhloch útoku? Ako najlepšie využijeme údaje z testov v aerodynamickom tuneli na predpovedanie zaťaženia pre skutočné letové podmienky, keď vozidlo zrýchľuje? “
Odpovede na tieto otázky sa použijú pri návrhu ďalšej série pozemných testov, testov makety posádky a kritických letových testov, ktoré pripravia kozmickú loď Orion na svoju prvú posádku - prieskumnú misiu 2 (EM-2). Táto misia, ktorá je naplánovaná na spustenie do roku 2023, bude pozostávať zo štyroch členov posádky, ktorí vykonávajú lunárny prelet a dodávajú prvé komponenty pre bránu Deep Space Gateway.
Nezabudnite sa pozrieť aj na simulačné video, s láskavým dovolením výskumného strediska NASA Ames Research Center:
