Kad NASA būs pienācis laiks sūtīt astronautus atpakaļ uz Mēnesi un uz Marsu, tiks izmantotas vairākas jaunas kosmosa kuģu sistēmas. To skaitā ir kosmosa palaišanas sistēma (SLS), visu laiku jaudīgākā raķete, kā arī Orion daudzfunkcionāls apkalpes loceklis (MPCV) - nākamās paaudzes kosmosa kuģis, kas apkalpēm vedīs virs Zemes orbītas (LEO).
Protams, pirms kāda no šīm sistēmām var veikt misijas, ir jāveic plaša pārbaude, lai pārliecinātos, ka tās ir drošas un labi darbosies. Šādā garā NASA uzlabotās superdatoru (NAS) pētniecības zinātnieki pašlaik veic ļoti detalizētas simulācijas un vizualizācijas, lai nodrošinātu, ka Orion kosmosa kuģa Launch Abort Vehicle (LAV) ļaus apkalpes turēt drošībā, ja pacelšanās laikā notiek ārkārtas situācija.
Būtībā LAV ir apvienotā Orion palaišanas pārtraukšanas sistēmas (LAS) un apkalpes moduļa konfigurācija, un tā ir paredzēta, lai apkalpi iegūtu drošībā, ja uz palaišanas paliktņa vai pirmajās divās lidojuma minūtēs notiek avārija. Šīs simulācijas un vizualizācijas metodes, kas tika veiktas ar lieldatoru Pleiades NASA Ames pētījumu centrā, paredz, kā vibrācijas ietekmēs Orion kosmosa kuģa pacelšanas transportlīdzekli pacelšanās laikā.
Šie testi palīdz ne tikai Orion LAV motora projektēšanā (NASA un Orion galvenā darbuzņēmēja Lockheed Martin sadarbībā), bet arī diezgan nebijuši kosmosa kuģu attīstības jomā. Kā skaidroja Fransuā Kadijs, NAS Skaitļošanas aviācijas zinātņu filiāles pētnieks:
“Šī ir viena no pirmajām reizēm, kad NASA pilna mēroga kosmosa kuģu analīzē un projektēšanā tiek izmantotas lielas virpuļu simulācijas (LES) metodes. Es ar prieku piedalīšos aģentūras nākamajā lielajā kosmosa izpētes projektā - šis darbs LES sasniedz punktu, kurā tas var sniegt precīzas prognozes pietiekami īsā laikā, lai vadītu Orion dizainu. ”
Iepriekš šādu augstas precizitātes rīku izmantošana lielākoties bija ierobežota ar akadēmiskiem pētījumiem, un nevis kaut kas tāds, ko varētu izmantot privātā sektora darbuzņēmēji. Kopā ar Maiklu Baradu - Ames pētījumu centra aviācijas inženieri - Cadieux izveidoja dažādas turbulences izšķirtspējas šķidruma aprēķināšanas dinamikas (CFD) simulācijas, izmantojot NAS izstrādāto Launch Ascent un Vehicle Aerodinamics (LAVA) programmatūru.
Viņiem palīdzēja NAS vizualizācijas eksperti, kuri palīdzēja pētniekiem noteikt dažāda veida virpuļus, kas var izraisīt troksni un vibrācijas. Izmantojot šos simulācijas datus, vizualizācijas eksperti izveidoja virkni augstas kvalitātes attēlu un filmu, kas ilustrēja, kāda veida plūsmas dinamiku Orion LAS piedzīvos palaišanas pārtraukšanas laikā. Kā skaidroja Kadijs:
“Izmantojot šīs vizualizācijas, mēs varējām noteikt transportlīdzekļa augstas vibrācijas slodzes un to avotus. Mēs uzzinājām, ka troksnis, kas rodas no tvaika turbulences, ir ievērojami lielāks nekā jebkurš troksnis, ko rada tā mijiedarbība ar pievienotajiem triecienviļņiem. ”
Zemāk esošajā videoklipā parādīta pacelšanās pārtraukšanas scenārija simulācija, kad LAS ir atdalījusies no SLS un pārvietojas tuvu skaņas ātrumam. Pārtraukšanas process sākas ar LAS motora aizdedzi un pēc tam palēninās, jo spiediena un gaisa plūsmas apstākļi kļūst īpaši bargi.
Krāsainās plūmes norāda uz augstu spiedienu (sarkanu) un zemu spiedienu (zilu), pikseļiem mainoties no zila uz sarkanu (un otrādi) attiecībā pret spiediena viļņiem, kas transportlīdzeklī rada vibrācijas (baltā krāsā). Reģioni, kur krāsa pēkšņi mainās, bet laika gaitā parasti paliek zila vai sarkana, norāda uz triecienviļņu klātbūtni. Rezultātā šīs simulācijas tieši ietekmē kosmosa kuģa dizainu un palīdzēs nodrošināt astronautu drošību un kosmosa kuģu veiktspēju.
"Mēs joprojām uzdodam daudz jautājumu," sacīja Kadijs. Tāpat kā, kā mainās slodzes uz LAV virsmu pie lielākiem uzbrukuma leņķiem? Kā vislabāk izmantot vēja tuneļa testu datus, lai paredzētu kravas faktiskajiem lidojuma apstākļiem, kad transportlīdzeklis paātrinās? ”
Atbildes uz šiem jautājumiem tiks izmantotas, lai izstrādātu nākamo zemes testu, apkalpes maketa testu un kritisko lidojumu testu sēriju, kas sagatavos Orion kosmosa kuģi tā pirmajai apkalpes misijai - Exploration Mission 2 (EM-2). Šī misija, kuru plānots sākt līdz 2023. gadam, sastāvēs no četriem apkalpes locekļiem, kuri veic Mēness lidojumu un piegādā pirmās sastāvdaļas Deep Space Gateway.
Noteikti apskatiet arī simulācijas video, pateicoties NASA Ames pētījumu centram:
