Når det er på tide at NASA sender astronauter tilbake til Månen og videre til Mars, vil en rekke nye romfartøysystemer komme i spill. Disse inkluderer Space Launch System (SLS), den kraftigste raketten noensinne er bygget, og Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) - et neste generasjons romfartøy som vil frakte mannskap utover Low Earth Orbit (LEO).
Før et av disse systemene kan utføre oppdrag, må det naturligvis utføres omfattende tester for å sikre at de er trygge og vil fungere godt. I denne ånd gjennomfører NASA Advanced Supercomputing (NAS) forskere for tiden svært detaljerte simuleringer og visualiseringer for å sikre at Orion-romfartøyets Launch Abort Vehicle (LAV) vil holde mannskapene trygge, hvis det skulle oppstå en nødsituasjon under start.
I utgangspunktet er LAV den kombinerte konfigurasjonen av Orion Launch Abort System (LAS) og mannskapsmodul, og er designet for å få mannskapet i sikkerhet hvis det oppstår en nødsituasjon på sjøsiden eller i løpet av de to første minuttene av flyging. Disse simulerings- og visualiseringsteknikkene, som ble utført med Pleiades-superdatamaskinen ved NASA Ames Research Center, spår hvordan vibrasjoner vil påvirke Orion-romfartøyets kjøretøy for utsetting av abort under start.
Ikke bare hjelper disse testene med designinnsatsen til Orion LAV-motoren (en samarbeidsinnsats mellom NASA og Orion hovedentreprenør Lockheed Martin), de er også ganske enestående når det gjelder romfartøyutvikling. Som Francois Cadieux, en forsker i NAS Computational Aerosciences Branch, forklarte:
“Dette er en av de første gangene der store eddy simulation (LES) teknikker er blitt brukt i fullskala romfartøyanalyse og design på NASA. Jeg er spent på å spille en rolle i byråets neste store prosjekt for utforskning av menneskelig rom - dette arbeidet bringer LES til et punkt der det kan gi nøyaktige forutsigelser innen en kort nok snuoperasjonstid til å lede Orions design. "
Tidligere har bruken av slike høykvalitetsverktøy stort sett vært begrenset til akademisk forskning, og ikke noe entreprenører i privat næring kunne dra nytte av. Sammen med Michael Barad - en luftfartsingeniør ved Ames Research Center - produserte Cadieux en rekke simuleringer av turbulensoppløsende beregningsvæddynamikk (CFD) ved bruk av den NAS-utviklede programvaren Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
De fikk hjelp av NAS-visualiseringseksperter, som hjalp forskerne med å identifisere forskjellige typer virvler som kan forårsake støy og vibrasjoner. Ved hjelp av disse simuleringsdataene opprettet visualiseringsekspertene en serie bilder og filmer av høy kvalitet som illustrerte hva slags flytdynamikk Orion LAS ville oppleve under en lanseringsavbrudd. Som Cadieux forklarte:
Fra disse visualiseringene kunne vi identifisere områder med stor vibrasjonsbelastning på kjøretøyet og deres kilder. Det vi lærte er at støy som kommer fra turbulensen til plommen er vesentlig høyere enn all støy generert fra samspillet med påsatte sjokkbølger. ”
Videoen nedenfor viser simulering av et stigningsavbruddsscenario, der LAS har løsrevet seg fra SLS og ferdes i nærheten av lydhastigheten. Abortprosessen starter med tenningen av LAS-motoren og bremser deretter etter hvert som trykk- og luftmengdeforholdene blir spesielt tøffe.
De fargede plommene indikerer høyt trykk (rødt) og lavt trykk (blått), med piksler som skifter fra blått til rødt (og omvendt) i forhold til trykkbølger som forårsaker vibrasjoner på kjøretøyet (hvitt). Regionene der fargen endrer seg brått, men forblir generelt blå eller rød over tid, indikerer tilstedeværelsen av sjokkbølger. Til slutt påvirker disse simuleringene romfartøyets utforming og vil bidra til å sikre astronaut-sikkerhet og romfartsytelse.
"Vi stiller fortsatt mange spørsmål," sa Cadieux. “Hvordan, hvordan endres belastningen på LAV-overflaten i høyere angrepsvinkler? Hvordan bruker vi best data fra vindtunneltester for å forutsi belastninger for faktiske flyforhold der kjøretøyet akselererer?
Svarene på disse spørsmålene vil bli brukt til å designe den neste serien med bakketester, besetningsmodellprøver og kritiske flyvetester, som vil forberede Orion-romfartøyet til det første bemannede oppdraget - Exploration Mission 2 (EM-2). Dette oppdraget, som er planlagt lansert i 2023, vil bestå av fire besetningsmedlemmer som utfører en måneflyby og leverer de første komponentene for Deep Space Gateway.
Sørg for å sjekke ut simuleringsvideoen også, med tillatelse fra NASA Ames Research Center:
