Ko bo prišel čas, da NASA pošlje astronavte nazaj na Luno in na Mars, bodo začeli igrati številni novi vesoljski sistemi. Sem spadajo sistem za izstrelitev vesolja (SLS), najzmogljivejša raketa, ki je bila kdajkoli zgrajena, in večnamensko posadko vozila Orion (MPCV) - vesoljsko plovilo nove generacije, ki bo prevažalo posadke izven orbite Zemlje (LEO).
Preden kateri koli od teh sistemov opravi misije, je treba izvesti obsežna testiranja, da se zagotovi varnost in delovanje. V tem duhu raziskovalci NASA Advanced Supercomputing (NAS) trenutno izvajajo zelo natančne simulacije in vizualizacije, da bi zagotovili, da bo vesoljsko plovilo Orion lansiralo vozilo (LAV), da bodo posadke varne, če pride do izrednega dogodka med vzletom.
V bistvu je LAV kombinirana konfiguracija sistema Orion Launch Abort System (LAS) in modula posadke, zasnovan pa je tako, da posadka varno poskrbi, če pride do izrednih dogodkov na izstrelitveni ploščadi ali v prvih dveh minutah leta. Te tehnike simulacije in vizualizacije, ki so bile izvedene z superračunalnikom Pleiades v Nasinem raziskovalnem centru v Amesu, napovedujejo, kako bodo vibracije vplivale na izstrelitev vesoljskega vozila Orion med vzletom.
Ti testi ne samo, da pomagajo pri načrtovanju motorja Orion LAV (sodelovanje med NASA in glavnim izvajalcem Oriona Lockheed Martinom), temveč so tudi do zdaj brez primere, kolikor gre za razvoj vesoljskih plovil. Kot je pojasnil Francois Cadieux, znanstvenik iz NASA-jeve podružnice za računalniške aeroscience:
»To je ena prvih priložnosti, ko so pri NASA uporabili obsežne tehnike simulacije vrtinčenja (LES) pri obsežnih analizah in oblikovanju vesoljskih plovil. Navdušen sem, da bom sodeloval pri naslednjem velikem projektu agencije za raziskovanje človeškega vesolja - to delo pripelje LES do točke, ko lahko v kratkem času preloma poda natančne napovedi, ki bodo vodile Orionovo zasnovo. "
Prej je bila uporaba takšnih visokozmogljivih orodij v veliki meri omejena na akademske raziskave, zato zasebni industrijski izvajalci ne bi mogli izkoristiti tega. Skupaj z Michaelom Baradom, inženirjem vesoljskega vesolja v Amesovem raziskovalnem centru, je Cadieux izdelal različne simulacije računalniške dinamike tekočin (CFD), ki jih je razrešila turbulenca, z uporabo NAS-jeve programske opreme Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Pri tem so jim pomagali strokovnjaki za vizualizacijo NAS, ki so raziskovalcem pomagali prepoznati različne vrste vrtincev, ki lahko povzročajo hrup in vibracije. S pomočjo teh simulacijskih podatkov so strokovnjaki za vizualizacijo ustvarili serijo visokokakovostnih slik in filmov, ki prikazujejo, kakšno dinamiko pretoka bo Orion LAS doživel med zagonom. Kot je pojasnil Cadieux:
»Na podlagi teh vizualizacij smo lahko prepoznali območja visokih vibracijskih obremenitev na vozilu in njihove vire. Izvedeli smo, da je hrup, ki izhaja iz turbulencije plime, bistveno večji od hrupa, ki nastane pri njegovi interakciji s pritrjenimi udarnimi valovi. "
Spodnji video prikazuje simulacijo scenarija prekinitve vzpona, kjer se LAS oddalji od SLS in potuje s hitrostjo zvoka. Postopek prekinitve se začne z vžigom motorja LAS in nato upočasni, saj postanejo pogoji tlaka in pretoka zraka še posebej ostri.
Barvni sliki označujejo visok tlak (rdeč) in nizek pritisk (modra), pri čemer se pike spreminjajo iz modre v rdeče (in obratno) glede na tlačne valove, ki povzročajo vibracije na vozilu (bele). Območja, kjer se barva nenadoma spreminja, a sčasoma ostane na splošno modra ali rdeča, kaže na prisotnost udarnih valov. Na koncu te simulacije neposredno vplivajo na zasnovo vesoljskega plovila in bodo pomagale zagotoviti varnost astronavtov in zmogljivosti vesoljskih plovil.
"Še vedno postavljamo veliko vprašanj," je dejal Cadieux. „Kako se spreminjajo obremenitve na površini LAV pod višjimi napadnimi koti? Kako najbolje uporabimo podatke iz testov vetrov, da napovedujemo obremenitve za dejanske pogoje letenja, kjer vozilo pospešuje? "
Odgovori na ta vprašanja bodo uporabljeni za načrtovanje naslednje serije zemeljskih preizkusov, preskusnih posnetkov posadke in kritičnih letalskih testov, ki bodo pripravili vesoljsko plovilo Orion za njegovo prvo posadko - Raziskovalna misija 2 (EM-2). To misijo, ki naj bi se začela leta 2023, bodo sestavljali štirje člani posadke, ki bodo izvajali lunarno letenje in dobavljali prve komponente za Deep Space Gateway.
Prepričajte se tudi simulacijskega videoposnetka z dovoljenjem NASA Ames Research Center:
