Kad dođe vrijeme da NASA pošalje astronaute na Mjesec i na Mars, u igru će stupiti brojni novi svemirski sustavi. Tu su sustav svemirskog lansiranja (SLS), najmoćnija raketa ikad napravljena, te višenamjensko raketno vozilo Orion (MPCV) - svemirska letjelica nove generacije koja će prevoziti posade izvan Zemljine orbite (LEO).
Naravno, prije nego što bilo koji od ovih sustava može provesti misije, potrebno je provesti opsežno testiranje kako bi se osiguralo da su sigurni i da će raditi dobro. U tom duhu, NASA-ini istraživači za napredne superračunalne tehnologije (NAS) provode visoko detaljne simulacije i vizualizacije kako bi osigurali da će Orionsko vozilo lansirati polijetanje (LAV) čuvati posade u slučaju hitnosti tijekom polijetanja.
U osnovi, LAV je kombinirana konfiguracija sustava Orion Launch Abort System (LAS) i modula posade, a osmišljen je kako bi posadu osigurao sigurnost ako se dogodi hitan slučaj na lansirnoj ploči ili tijekom prve dvije minute leta. Ove tehnike simulacije i vizualizacije, koje su provedene sa superračunalom Plejade u NASA-ovom istraživačkom centru, predviđaju kako će vibracije utjecati na pokretanje pobačaja vozila svemirske letjelice Orion tijekom polijetanja.
Ovi testovi ne samo što pomažu u dizajnerskim naporima motora Orion LAV (kolaborativni napor između NASA-e i Orionovog glavnog izvođača tvrtke Lockheed Martin), već su i prilično neviđeni što se tiče razvoja svemirskih letjelica. Kao što je objasnio Francois Cadieux, znanstvenik iz NAS-ove podružnice Computational Aerosciences, objasnio je:
„Ovo je jedno od prvih vremena kada su u NASA-inoj sveobuhvatnoj analizi i dizajnu svemirskih letjelica korištene velike tehnike vrtložne simulacije (LES). Uzbuđen sam što sam mogao sudjelovati u sljedećem projektu agencije za istraživanje ljudskog svemira - ovaj rad dovodi LES-a do točke gdje može dati točne prognoze u dovoljno kratkom roku za vođenje Orionovog dizajna. "
Prije toga, upotreba takvih visoko vjernih alata uglavnom je ograničena na akademska istraživanja, a ne nešto što privatni industrijski ugovori mogu iskoristiti. Zajedno s Michaelom Baradom - zrakoplovnim inženjerom u Ames istraživačkom centru - Cadieux je proizveo razne simulacije računalne dinamike fluida (CFD) koje se rješavaju turbulencija, koristeći NAS-ov razvijeni LAVA softver Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Pomogli su im stručnjaci za vizualizaciju NAS-a koji su istraživačima pomogli identificirati različite vrste vrtloga koji mogu prouzrokovati buku i vibracije. Koristeći ove podatke simulacije, stručnjaci za vizualizaciju stvorili su niz visokokvalitetnih slika i filmova koji su ilustrirali kakvu će dinamiku protoka doživjeti Orion LAS tijekom prekida pokretanja. Kao što je Cadieux objasnio:
„Iz tih vizualizacija uspjeli smo prepoznati područja visokog vibracijskog opterećenja na vozilu i njihove izvore. Ono što smo naučili jest da je buka koja dolazi od turbulencije pljuska znatno veća od bilo koje buke koja nastaje u njegovoj interakciji s priloženim udarnim valovima. "
Donji video prikazuje simulaciju scenarija prelaznog uspona, gdje se LAS odvojio od SLS-a i putuje brzinom zvuka. Postupak prekida započinje paljenjem LAS motora, a zatim usporava kako tlaci i protoci zraka postaju posebno oštri.
Obojeni plugovi označavaju visoki tlak (crveni) i niski tlak (plavi), pri čemu se pikseli mijenjaju od plave do crvene (i obrnuto) u odnosu na valove tlaka koji uzrokuju vibracije na vozilu (bijelo). Regije u kojima se boja naglo mijenja, ali uglavnom ostaje plava ili crvena s vremenom, ukazuje na prisutnost udarnih valova. Na kraju, ove simulacije izravno utječu na dizajn svemirskog broda i pomoći će osigurati sigurnost astronauta i svemirske letjelice.
"I dalje postavljamo puno pitanja", rekao je Cadieux. „Kao, kako se opterećenja na površini LAV-a mijenjaju pod većim kutovima napada? Kako da najbolje iskoristimo podatke testova za vjetroelektrane kako bismo predvidjeli opterećenja za stvarne uvjete leta gdje vozilo ubrzava? "
Odgovori na ta pitanja koristit će se za dizajniranje sljedećeg niza zemaljskih testova, maketa posade i kritičkih ispitivanja leta, koji će pripremiti svemirsku letjelicu Orion za prvu posadu misije - Exploration Mission 2 (EM-2). Ova misija, koja bi trebala biti pokrenuta do 2023. godine, sastojat će se od četiri člana posade koji provode lunarni let i isporučuju prve komponente za Deep Space Gateway.
Obavezno pogledajte i simulacijski video, ljubaznošću NASA Ames istraživačkog centra:
