Kai NASA ateis laikas siųsti astronautus atgal į Mėnulį ir atgal į Marsą, pasirodys daugybė naujų erdvėlaivių sistemų. Tarp jų yra „Space Launch System“ (SLS), galingiausia kada nors pastatyta raketa, ir „Orion Multi-Purpose Crew Vehicle“ (MPCV) - naujos kartos erdvėlaivis, kuris gabens įgulas už žemosios žemės orbitos (LEO) ribų.
Natūralu, kad prieš bet kurią iš šių sistemų negalima vykdyti misijų, reikia atlikti išsamius bandymus, kad įsitikintumėte, ar jos yra saugios ir veiks gerai. Tuo remdamiesi NASA pažangiųjų superkompiuterių (NAS) mokslininkai šiuo metu vykdo labai išsamius modeliavimus ir vizualizacijas, siekdami užtikrinti, kad „Orion“ erdvėlaivio „Launch Abort Vehicle“ (LAV) ekipažai būtų saugūs, jei kilimo metu įvyktų avarija.
Iš esmės LAV yra kombinuota „Orion Launch Abort System“ (LAS) ir įgulos modulio konfigūracija ir skirta įgulai užtikrinti saugumą, jei kilimo metu kiltų avarija arba per pirmąsias dvi skrydžio minutes. Šie modeliavimo ir vizualizacijos metodai, atlikti NDA Ames tyrimų centre su superkompiuteriu „Pleiades“, numato, kaip virpesiai turės įtakos „Orion“ erdvėlaivio paleidimo nutraukimo transporto priemonei kilimo metu.
Šie bandymai ne tik padeda projektuoti „Orion LAV“ variklį (NASA ir „Orion“ pagrindinio rangovo „Lockheed Martin“ pastangos), bet taip pat yra gana precedento neturintys erdvėlaivių kūrimo bandymai. Kaip paaiškino NAS kompiuterinės aerokosmoso skyriaus mokslininkas Francois Cadieux:
„Tai yra vienas iš pirmųjų kartų, kai NASA plataus masto kosminių laivų analizėje ir projektavime buvo naudojami dideli sūkurinių imitacijų (LES) metodai. Džiaugiuosi, kad dalyvausiu kitame agentūros kitame didelės apimties žmogaus kosmoso tyrinėjimo projekte - šis darbas lemia LES iki taško, kuriame jis gali pateikti tikslias prognozes per pakankamai trumpą laiką, kad galėtų vadovautis „Orion“ dizainu. “
Anksčiau tokių didelio tikslumo priemonių naudojimas buvo iš esmės apsiribojamas akademiniais tyrimais, o ne tuo, kuo galėtų naudotis privačios pramonės rangovai. Kartu su Michaelu Baradu - Ameso kosmoso inžinieriumi Ames tyrimų centre - „Cadieux“ sukūrė įvairius turbulenciją išsprendžiančius skaičiavimo skysčių dinamikos (CFD) modeliavimus, naudodama NAS sukurtą „Launch Ascent“ ir „Vehicle Aerodinamics“ (LAVA) programinę įrangą.
Jiems padėjo NAS vizualizacijos ekspertai, kurie padėjo tyrėjams nustatyti įvairius sūkurių tipus, kurie gali sukelti triukšmą ir vibraciją. Naudodamiesi šiais modeliavimo duomenimis, vizualizacijos ekspertai sukūrė aukštos kokybės vaizdų ir filmų seriją, kurioje buvo parodyta, kokią srauto dinamiką patirs „Orion LAS“ paleidimo nutraukimo metu. Kaip paaiškino Cadieux:
„Remdamiesi šiomis vizualizacijomis, mes sugebėjome nustatyti dideles transporto priemonės vibracijos apkrovas ir jų šaltinius. Tai, ką sužinojome, yra tai, kad triukšmas, atsirandantis dėl skraistės turbulencijos, yra žymiai didesnis nei bet koks triukšmas, atsirandantis dėl jo sąveikos su pritvirtintais smūginiais bangomis. “
Žemiau pateiktame vaizdo įraše pavaizduotas pakilimo nutraukimo scenarijus, kai LAS atsiribojo nuo SLS ir juda beveik garso greičiu. Nutraukimo procesas prasideda LAS variklio uždegimu ir po to sulėtėja, nes slėgis ir oro srautas tampa ypač atšiaurūs.
Spalvotos sruogos rodo aukštą slėgį (raudoną) ir žemą slėgį (mėlyną), o pikseliai keičiasi nuo mėlynos iki raudonos (ir atvirkščiai), atsižvelgiant į slėgio bangas, kurios sukelia transporto priemonės vibraciją (balta). Regionai, kuriuose spalva staiga keičiasi, tačiau laikui bėgant paprastai būna mėlyna arba raudona, rodo šoko bangų buvimą. Galų gale šie modeliavimai daro tiesioginį poveikį erdvėlaivio dizainui ir padės užtikrinti kosmonautų saugą ir erdvėlaivių efektyvumą.
„Mes vis dar užduodame daugybę klausimų“, - sakė Cadieux. Kaip, pavyzdžiui, kaip keičiasi LAV paviršiaus apkrovos esant didesniems puolimo kampams? Kaip geriau panaudoti vėjo tunelio bandymų duomenis, kad būtų galima numatyti krovinius esant tikroms skrydžio sąlygoms, kai transporto priemonė įsibėgėja? “
Atsakymai į šiuos klausimus bus naudojami kuriant kitas antžeminių bandymų, įgulos maketo testų ir kritinių skrydžių testus, kurie paruoš „Orion“ erdvėlaivį pirmajai įgulos įgulai - „Exploration Mission 2“ (EM-2). Šią misiją, kurią planuojama pradėti iki 2023 m., Sudarys keturi įgulos nariai, kurie vykdys mėnulio skraidymą ir pristatys pirmuosius komponentus „Deep Space Gateway“.
NASA Ames tyrimų centro paslaugomis, būtinai peržiūrėkite ir modeliavimo vaizdo įrašą:
