Коли настане час, щоб НАСА відправила космонавтів назад на Місяць і на Марс, увійдуть у дію низка нових космічних апаратів. До них відносяться система космічного старту (SLS), найпотужніша ракета, що коли-небудь побудована, і багатоцільовий екіпаж Orion (MPCV) - космічний корабель нового покоління, який буде перевозити екіпажі за межі низької орбіти Землі (LEO).
Звичайно, перед тим, як будь-яка з цих систем може проводити місії, необхідно провести обширні випробування, щоб гарантувати їх безпеку та ефективність. У цьому дусі науковці NASA Advanced Supercomputing (NAS) в даний час проводять високоточні моделювання та візуалізацію, щоб гарантувати, що космічний корабель Orion "Запуск аборту" (LAV) забезпечить безпеку екіпажів, якщо виникне надзвичайна ситуація під час зльоту.
По суті, LAV - це комбінована конфігурація системи збору абонентів Orion Launch Abort (LAS) та модуля екіпажу, і призначена для забезпечення екіпажу в безпеці, якщо на стартовому майданчику або протягом перших двох хвилин польоту трапляється надзвичайна ситуація. Ці методи моделювання та візуалізації, проведені разом із суперкомп'ютером Плеяди в Науково-дослідному центрі НАСА Еймса, прогнозують, як вібрації вплинуть на запуск аборту транспортного засобу космічного корабля "Оріон" під час зльоту.
Ці випробування не тільки допомагають в розробці двигуна Orion LAV (спільні зусилля між NASA та основним підрядником Orion Lockheed Martin), вони також є безпрецедентними щодо розвитку космічних кораблів. Як пояснив Франсуа Кадьє, науковий співробітник відділу обчислювальних аерологічних наук NAS:
«Це один із перших випадків, коли в повномасштабному аналізі та проектуванні космічних кораблів в НАСА використовувались великі методи відерного моделювання (LES). Я радий грати роль у наступному великому проекті дослідження космосу людини - ця робота приводить LES до того моменту, коли він може дати точні прогнози протягом достатньо короткого часу, щоб керувати дизайном Orion ».
Раніше використання таких інструментів високої точності було значною мірою обмежене науковими дослідженнями, і не те, чим можуть скористатися приватні підрядні підрядники. Разом з Майклом Барадом - інженером космічної галузі в дослідницькому центрі Еймса - Cadieux створив різноманітні симуляції обчислювальної динаміки рідин (CFD), що вирішують турбулентність, використовуючи розроблене NAS програмним забезпеченням Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Їм допомогли фахівці з візуалізації NAS, які допомогли дослідникам виявити різні види вихорів, які можуть спричиняти шум і вібрації. Використовуючи ці дані моделювання, фахівці з візуалізації створили серію високоякісних зображень та фільмів, які проілюстрували, яку динаміку потоку матиме Orion LAS під час запуску аборту. Як пояснив Кадьо:
«За допомогою цих візуалізацій нам вдалося визначити зони високих вібраційних навантажень на транспортний засіб та їх джерела. Ми дізналися, що шум, що виникає від турбулентності шлейфу, істотно вище, ніж будь-який шум, що виникає внаслідок його взаємодії з приєднаними ударними хвилями ».
На відео нижче показано моделювання сценарію переривання підйому, коли LAS відірвався від SLS і рухається з близькою швидкістю звуку. Процес переривання починається із запалювання двигуна LAS, а потім сповільнюється, оскільки умови тиску та повітряного потоку стають особливо жорсткими.
Кольорові плюси позначають високий тиск (червоний) та низький тиск (синій), при цьому пікселі змінюються від синього до червоного (і навпаки) по відношенню до хвиль тиску, які викликають вібрації на транспортному засобі (білі). Регіони, де колір різко змінюється, але залишається загалом синім або червоним, вказує на наявність ударних хвиль. Зрештою, ці симуляції безпосередньо впливають на дизайн космічного корабля і допоможуть забезпечити безпеку космонавтів та роботу космічних кораблів.
"Ми все ще задаємо багато питань", - сказав Кадьє. «Як, як змінюються навантаження на поверхню LAV під більш високими кутами атаки? Як ми найкращим чином використовуємо дані тестів вітроенергетики для прогнозування навантажень на фактичні умови польоту, коли автомобіль прискорюється? "
Відповіді на ці запитання будуть використані для розробки наступної серії наземних випробувань, макетних випробувань екіпажів та критичних льотних випробувань, які підготують космічний корабель Orion до його першої місії, що склалася - Розвідувальна місія 2 (EM-2). Ця місія, яку планують запустити до 2023 року, буде складатися з чотирьох членів екіпажу, які проводять місячну проліт і доставляють перші компоненти до Глибокого космічного шлюзу.
Не забудьте ознайомитися і з імітаційним відео, люб’язно дослідним центром NASA Ames:
