Až přijde čas, aby NASA poslala astronauty zpět na Měsíc a dále na Mars, začne hrát řada nových kosmických systémů. Patří mezi ně kosmický spouštěcí systém (SLS), nejvýkonnější raketa, která kdy byla postavena, a víceúčelové posádkové vozidlo Orion (MPCV) - kosmická loď nové generace, která bude přenášet posádky za nízkou orbitu Země (LEO).
Předtím, než kterýkoli z těchto systémů dokáže provádět mise, je samozřejmě nutné provést rozsáhlé testování, aby se zajistilo, že jsou bezpečné a budou dobře fungovat. V tomto duchu vědci NASA Advanced Supercomputing (NAS) v současné době provádějí velmi podrobné simulace a vizualizace, aby zajistili, že kosmická loď Launch Abort Vehicle (LAV) bude posádky v bezpečí, pokud by během vzletu došlo k nouzové situaci.
V zásadě je LAV kombinovanou konfigurací systému Orion Launch Abort System (LAS) a modulu posádky a je navržen tak, aby zajistil bezpečnost posádky v případě nouze na odpalovací ploše nebo během prvních dvou minut letu. Tyto simulační a vizualizační techniky, které byly provedeny pomocí superpočítače Pleiades ve výzkumném středisku NASA Ames, předpovídají, jak vibrace ovlivní vypouštěcí vozidlo kosmické lodi Orion během vzletu.
Nejen, že tyto testy pomáhají s návrhovým úsilím Orion LAV motoru (společné úsilí mezi NASA a Orion hlavním dodavatelem Lockheed Martinem), jsou také spíše nebývalé, pokud jde o vývoj kosmických lodí. Jak Francois Cadieux, vědecký pracovník v pobočce NAS Computational Aerosciences Branch, vysvětlil:
„Je to jedna z prvních situací, kdy byly při analýze a návrhu kosmických lodí v NASA použity rozsáhlé simulační techniky (LES). Jsem nadšený, že se mohu podílet na dalším velkém projektu průzkumu lidského vesmíru v agentuře - tato práce přináší LES do bodu, kdy může poskytnout přesné předpovědi v dostatečně krátkém časovém intervalu, aby mohla vést design Orionu. “
Dříve bylo používání takových nástrojů s vysokou věrností do značné míry omezeno na akademický výzkum a ne něco, co by mohli využít dodavatelé soukromého průmyslu. Spolu s Michaelem Baradem - leteckým inženýrem ve Výzkumném centru Ames - Cadieux vytvořil řadu simulací výpočetní dynamiky tekutin (CFD), které řeší turbulence pomocí softwaru NASA Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Pomáhali jim odborníci na vizualizaci NAS, kteří pomáhali vědcům identifikovat různé typy vírů, které mohou způsobovat hluk a vibrace. Pomocí těchto simulačních dat vytvořili odborníci na vizualizaci řadu vysoce kvalitních obrázků a filmů, které ilustrují, jaký druh dynamiky toku by Orion LAS zažil během přerušení spuštění. Jak Cadieux vysvětlil:
„Z těchto vizualizací jsme dokázali identifikovat oblasti s vysokým vibračním zatížením na vozidle a jejich zdroje. Dozvěděli jsme se, že hluk přicházející z turbulence oblaku je podstatně vyšší než hluk generovaný jeho interakcí s připojenými rázovými vlnami. “
Video níže ukazuje simulaci scénáře přerušení výstupu, kdy se LAS odpojila od SLS a pohybuje se téměř rychlostí zvuku. Proces přerušení začíná zapalováním motoru LAS a poté se zpomaluje, protože podmínky tlaku a proudění vzduchu jsou obzvláště drsné.
Barevné oblaky označují vysoký tlak (červený) a nízký tlak (modrý), přičemž pixely se mění z modré na červenou (a naopak) ve vztahu k tlakovým vlnám, které způsobují vibrace na vozidle (bílá). Oblasti, kde se barva náhle mění, ale v průběhu času zůstává obecně modrá nebo červená, ukazují na přítomnost rázových vln. Nakonec tyto simulace přímo ovlivňují design kosmické lodi a pomohou zajistit bezpečnost astronautů a výkon kosmických lodí.
"Stále klademe spoustu otázek," řekl Cadieux. "Jak se mění zatížení na povrchu LAV ve vyšších úhlech útoku?" Jak nejlépe využít data ze zkoušek aerodynamického tunelu k předpovědi zatížení skutečných letových podmínek, kdy vozidlo zrychluje? “
Odpovědi na tyto otázky budou použity při návrhu další série pozemních testů, simulačních testů posádky a kritických letových testů, které připraví kosmickou loď Orion na svou první misi s posádkou - průzkumnou misi 2 (EM-2). Tato mise, která má být zahájena do roku 2023, bude sestávat ze čtyř členů posádky, kteří provádějí lunární létání a dodávají první komponenty pro Deep Space Gateway.
Nezapomeňte si také prohlédnout simulační video, s laskavým svolením výzkumného střediska NASA Ames Research Center:
