NASA'nın astronotları Ay'a ve Mars'a göndermesinin zamanı geldiğinde, bir dizi yeni uzay aracı sistemi devreye girecek. Bunlar arasında şimdiye kadar yapılmış en güçlü roket olan Uzay Fırlatma Sistemi (SLS) ve düşük Dünya Yörüngesinin (LEO) ötesinde mürettebat taşıyacak olan yeni nesil bir uzay aracı olan Orion Çok Amaçlı Mürettebat Aracı (MPCV) yer alıyor.
Doğal olarak, bu sistemlerden herhangi biri görev yapmadan önce, güvenli olduklarından ve iyi performans gösterdiklerinden emin olmak için kapsamlı testler yapılmalıdır. NASA Advanced Supercomputing (NAS) araştırma bilimcileri bu ruhla, şu anda Orion uzay aracının Kalkış Durdurma Aracının (LAV) kalkış sırasında acil bir durum olması durumunda mürettebatı güvende tutacağından emin olmak için son derece ayrıntılı simülasyonlar ve görselleştirmeler yapıyorlar.
Temel olarak, LAV, Orion Fırlatma Durdurma Sisteminin (LAS) ve mürettebat modülünün birleşik konfigürasyonudur ve fırlatma rampasında veya uçuşun ilk iki dakikasında acil bir durum meydana geldiğinde mürettebatı güvenli hale getirmek için tasarlanmıştır. NASA Ames Araştırma Merkezi'ndeki Pleiades süper bilgisayarı ile gerçekleştirilen bu simülasyon ve görselleştirme teknikleri, titreşimlerin kalkış sırasında Orion uzay aracının fırlatma iptal aracını nasıl etkileyeceğini öngörüyor.
Bu testler sadece Orion LAV motorunun (NASA ve Orion baş yüklenicisi Lockheed Martin arasında ortak bir çaba) tasarım çabalarına yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda uzay aracı geliştirme konusunda daha önce benzeri görülmemiş. NAS Hesaplamalı Havacılık Bilimleri Şubesi'nden bir araştırmacı olan Francois Cadieux'un açıkladığı gibi:
“Bu, NASA'daki tam ölçekli uzay aracı analizi ve tasarımında büyük girdap simülasyonu (LES) tekniklerinin ilk kullanıldığı yerlerden biri. Ajansın bir sonraki büyük insan uzay araştırma projesinde yer almaktan heyecan duyuyorum - bu çalışma LES'i Orion’un tasarımına rehberlik edecek kadar kısa bir süre içinde doğru tahminler sağlayabileceği bir noktaya getiriyor. ”
Daha önce, bu tür yüksek sadakatli araçların kullanımı büyük ölçüde akademik araştırmalarla sınırlıydı ve özel sektör yüklenicilerinin yararlanabileceği bir şey değil. Ames Araştırma Merkezi'nde bir havacılık mühendisi olan Michael Barad ile birlikte Cadieux, NAS tarafından geliştirilen Launch Ascent ve Vehicle Aerodynamics (LAVA) yazılımını kullanarak türbülansı çözen çeşitli hesaplama akışkan dinamiği (CFD) simülasyonları üretti.
Araştırmacılara gürültü ve titreşime neden olabilecek farklı türdeki girdapları tanımlamalarına yardımcı olan NAS görselleştirme uzmanları tarafından desteklendiler. Bu simülasyon verilerini kullanarak, görselleştirme uzmanları, Orion LAS'ın lansman iptalinde ne tür akış dinamiklerini deneyimleyeceğini gösteren bir dizi yüksek kaliteli görüntü ve film oluşturdu. Cadieux'un açıkladığı gibi:
“Bu görselleştirmelerden, araç üzerindeki yüksek titreşim yükü alanlarını ve kaynaklarını tespit edebildik. Öğrendiğimiz şey, tüylerin türbülansından gelen gürültünün, bağlı şok dalgalarıyla etkileşimi sonucu ortaya çıkan gürültüden önemli ölçüde daha yüksek olmasıdır. ”
Aşağıdaki videoda, LAS'ın SLS'den ayrıldığı ve ses hızına yaklaştığı bir çıkış iptal senaryosunun simülasyonu gösterilmektedir. Durdurma işlemi LAS motorunun ateşlenmesi ile başlar ve basınç ve hava akış koşulları özellikle sertleştikçe yavaşlar.
Renkli tüyler yüksek basıncı (kırmızı) ve düşük basıncı (mavi) gösterir; pikseller araçta titreşime (beyaz) neden olan basınç dalgalarına göre maviden kırmızıya döner (veya tersi). Rengin aniden değiştiği ancak zamanla genellikle mavi veya kırmızı kaldığı bölgeler şok dalgalarının varlığını gösterir. Sonunda, bu simülasyonlar uzay aracının tasarımını doğrudan etkiliyor ve astronot güvenliği ve uzay aracı performansının sağlanmasına yardımcı olacak.
“Hala birçok soru soruyoruz,” dedi Cadieux. “LAV yüzeyindeki yükler daha yüksek saldırı açılarında nasıl değişiyor? Aracın hızlandığı gerçek uçuş koşulları için yükleri tahmin etmek için rüzgar tüneli testlerinden gelen verileri en iyi nasıl kullanabiliriz? ”
Bu soruların cevapları, Orion uzay aracını ilk mürettebatı Keşif Misyonu 2 (EM-2) için hazırlayacak olan bir sonraki yer testleri, mürettebat mockup testleri ve kritik uçuş testlerini tasarlamak için kullanılacak. 2023 yılında piyasaya sürülmesi planlanan bu görev, bir ay uçuşu yapan ve Deep Space Gateway'in ilk bileşenlerini teslim eden dört mürettebat üyesinden oluşacak.
NASA Ames Araştırma Merkezi'nin izniyle simülasyon videosunu da kontrol ettiğinizden emin olun:
