Когато дойде време НАСА да изпрати астронавтите обратно на Луната и на Марс, редица нови космически кораби ще влязат в игра. Те включват Space Launch System (SLS), най-мощната ракета, създавана някога, и многоцелевото превозно средство Orion (MPCV) - космически кораб от ново поколение, който ще превозва екипажи извън ниската земна орбита (LEO).
Естествено, преди всяка от тези системи да може да проведе мисии, трябва да се проведат обширни тестове, за да се гарантира, че са безопасни и ще се справят добре. В този дух учените от НАСА Advanced Supercomputing (NAS) в момента провеждат много подробни симулации и визуализации, за да гарантират, че космическият кораб „Орион“ (LaAV Abort Vehicle) ще запази екипажите в безопасност, ако възникне спешна ситуация по време на излитане.
По принцип LAV е комбинираната конфигурация на системата Orion Launch Abort System (LAS) и модула на екипажа и е проектирана така, че да осигури безопасност на екипажа, ако възникне аварийна ситуация на стартовата площадка или през първите две минути на полета. Тези техники за симулация и визуализация, проведени със суперкомпютъра Pleiades в изследователския център на НАСА Еймс, предсказват как вибрациите ще се отразят на изстреляното превозно средство на космическия апарат Orion по време на излитане.
Тези тестове не само помагат на усилията за проектиране на двигателя Orion LAV (съвместни усилия между НАСА и основния изпълнител на Orion Lockheed Martin), но и са доста безпрецедентни, що се отнася до развитието на космическите кораби. Както Франсоа Кадьо, учен от научните изследвания в клона на NAS Computational Aerosciences, обясни:
„Това е един от първите пъти, когато в анализа и проектирането на космически кораби в НАСА са използвани големи техники на сирена симулация (LES). Радвам се да участвам в следващия голям проект за проучване на космическото пространство на агенцията - тази работа доведе LES до степен, в която тя може да даде точни прогнози в рамките на достатъчно кратко време, за да ръководи дизайна на Orion. "
Преди това използването на такива инструменти за висококачественост е до голяма степен ограничено до академичните изследвания и не може да се възползва нещо от частните предприемачи. Заедно с Майкъл Барад - аерокосмически инженер в Изследователския център на Еймс - Cadieux произвежда разнообразни симулации на изчислителна динамика на течността (CFD), решаваща турбулентност, използвайки разработения от NAS софтуер LunchAcent Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Те бяха подпомогнати от експерти по визуализацията на NAS, които помогнаха на изследователите да идентифицират различни видове вихри, които могат да причинят шум и вибрации. Използвайки тези данни от симулацията, експертите по визуализацията създадоха серия от висококачествени изображения и филми, които илюстрират каква динамика на потока ще изпита Orion LAS по време на стартиращ аборт. Както обясни Кадио:
„От тези визуализации успяхме да идентифицираме области с високо вибрационно натоварване на превозното средство и техните източници. Това, което научихме, е, че шумът, идващ от турбуленцията на шлака, е значително по-висок от всеки шум, генериран от неговото взаимодействие с прикачени ударни вълни. “
Видеото по-долу показва симулацията на сценарий за прекратяване на изкачването, при който LAS се е откъснал от SLS и пътува с близка скорост на звука. Процесът на прекъсване започва с запалването на LAS мотора и след това се забавя, тъй като условията на налягане и въздушен поток стават особено тежки.
Цветните плюсове показват високо налягане (червено) и ниско налягане (синьо), като пикселите се променят от синьо в червено (и обратно) във връзка с вълни под налягане, които причиняват вибрации на превозното средство (бели). Регионите, в които цветът рязко се променя, но обикновено остава син или червен с течение на времето, показва наличието на ударни вълни. В крайна сметка тези симулации влияят пряко върху дизайна на космическия кораб и ще помогнат да се гарантира безопасността на астронавтите и работата на космическите кораби.
"Все още задаваме много въпроси", каза Кадьо. „Както, как се променят натоварванията върху повърхността на LAV при по-високи ъгли на атака? Как най-добре използваме данните от тестовете на вятърните тунели, за да прогнозираме натоварванията за действителните условия на полет, при които превозното средство се ускорява?
Отговорите на тези въпроси ще бъдат използвани за проектиране на следващата серия наземни тестове, макетни изпитания на екипажа и критични полетни тестове, които ще подготвят космическия кораб „Орион“ за първата му екипирана екипировка - „Мисия за проучване 2“ (EM-2). Тази мисия, която е планирана да стартира до 2023 г., ще се състои от четирима членове на екипажа, които провеждат лунна полета и доставят първите компоненти за Deep Space Gateway.
Не забравяйте да проверите и симулационния видеоклип с любезното съдействие на изследователския център на НАСА Еймс:
