Kui NASA-l on aeg saata astronaudid tagasi Kuule ja edasi Marsile, tulevad mängu mitmed uued kosmoselaevade süsteemid. Nende hulgas on kosmosesüstimissüsteem (SLS), võimsaim rakett, mis eales ehitatud, ja Orioni mitmeotstarbeline meeskonna sõiduk (MPCV) - järgmise põlvkonna kosmoseaparaat, mis viib meeskondi kaugemale Maast Maa orbiidist (LEO).
Muidugi, enne kui ükski neist süsteemidest ei saa missioone läbi viia, tuleb läbi viia ulatuslik testimine, et tagada nende ohutus ja tõhusus. Selles vaimus viivad NASA arenenud superarvuti (NAS) teadlased praegu läbi väga detailsed simulatsioonid ja visualiseerimised tagamaks, et Orioni kosmoseaparaadi Launch Abort Vehicle (LAV) hoiab meeskondi ohutult, kui stardi ajal ilmneb hädaolukord.
Põhimõtteliselt on LAV Orioni käivitamise katkestamissüsteemi (LAS) ja meeskonnamooduli kombineeritud konfiguratsioon ning on mõeldud meeskonna turvalisuse tagamiseks, kui stardiplatsil või lennu esimese kahe minuti jooksul toimub hädaolukord. Need simulatsiooni- ja visualiseerimistehnikad, mis viidi läbi NASA Amesi uurimiskeskuses asuva superarvutiga Pleiades, ennustavad, kuidas vibratsioon mõjutab Orioni kosmoseaparaadi stardisõiduki katkestamise sõidukit.
Need testid aitavad mitte ainult Orioni LAV-mootori (NASA ja Orioni peatöövõtja Lockheed Martini koostööna) kavandamisel, vaid on ka kosmoselaevade arendamisel üsna enneolematud. Nagu selgitas NASi arvutusliku lennunduse teaduste osakonna teadlane Francois Cadieux:
„See on üks esimesi kordi, mil NASAs täismõõduliste kosmoselaevade analüüsimisel ja kujundamisel on kasutatud suuri pööris simulatsiooni (LES) tehnikaid. Mul on hea meel osaleda agentuuri järgmises suures inimkosmoseuuringute projektis - see töö viib LES-i punkti, kus see suudab anda Orioni disaini juhtimiseks piisavalt lühikese pöördeaja jooksul täpsed ennustused. "
Varem on selliste ülitäpsete tööriistade kasutamine suures osas piirdunud akadeemilise uurimistööga ja mitte midagi sellist ei saaks eratööstuse ettevõtjad ära kasutada. Koos Michael Baradiga - Amesi teaduskeskuse lennundusinseneriga - koostas Cadieux erinevaid turbulentsi lahendavaid vedeliku dünaamika (CFD) simulatsioone, kasutades NAS-i väljatöötatud tarkvara Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA).
Neid abistasid NAS-i visualiseerimise eksperdid, kes aitasid teadlastel tuvastada erinevat tüüpi pööriseid, mis võivad põhjustada müra ja vibratsiooni. Neid simulatsiooni andmeid kasutades lõid visualiseerimise eksperdid rea kvaliteetseid pilte ja filme, mis näitasid, millist voolu dünaamikat Orioni LAS kogeks käivitamise katkestamise ajal. Nagu Cadieux selgitas:
„Nende visualiseerimiste abil saime tuvastada sõidukil esinevate kõrgete vibratsiooniliste koormuste piirkonnad ja nende allikad. Mida me saime teada, on see, et müra turbulentsist tulenev müra on oluliselt kõrgem kui mis tahes müra, mis tekib selle interaktsioonist lisatud lööklainetega. ”
Allolevas videos on näidatud tõusu katkestamise stsenaariumi simulatsioon, kus LAS on eraldunud SLS-ist ja liigub heli kiirusega lähedale. Katkestamise protsess algab LAS-mootori süttimisega ja seejärel aeglustub, kuna rõhu ja õhuvoolu tingimused muutuvad eriti karmiks.
Värvilised ploomid tähistavad kõrgsurvet (punane) ja madalat rõhku (sinist), pikslid muutuvad sinisest punaseks (ja vastupidi) seoses rõhulainetega, mis põhjustavad sõidukil vibratsiooni (valge). Piirkonnad, kus värv muutub järsult, kuid jääb aja jooksul üldiselt siniseks või punaseks, näitavad lööklainete olemasolu. Lõppkokkuvõttes mõjutavad need simulatsioonid otseselt kosmoseaparaadi disaini ja aitavad tagada astronautide ohutuse ja kosmoselaevade jõudluse.
"Me esitame endiselt palju küsimusi," ütles Cadieux. “Nagu kuidas LAV-pinna koormused muutuvad suurema rünnakunurga korral? Kuidas saaksime tuuletunneli testide andmeid kõige paremini kasutada, et ennustada koormusi tegelikes lennutingimustes, kus sõiduk kiireneb? ”
Nendele küsimustele antud vastuseid kasutatakse järgmise maapealsete katsete, meeskonna maketi testide ja kriitiliste lennutestide seeria kavandamisel, mis valmistavad Orioni kosmoselaeva ette esimeseks meeskonnaga seotud missiooniks - Exploration Mission 2 (EM-2). See missioon, mille käivitamine on kavandatud aastaks 2023, koosneb neljast meeskonnaliikmest, kes viib läbi Kuu lendorava ja tarnib Deep Space Gateway esimesed komponendid.
Vaadake kindlasti ka simulatsioonivideot, NASA Amesi uurimiskeskuse viisakalt:
