Quando arriva il momento per la NASA di rimandare gli astronauti sulla Luna e su Marte, entreranno in gioco numerosi nuovi sistemi di veicoli spaziali. Questi includono lo Space Launch System (SLS), il razzo più potente mai costruito e il veicolo multiuso a equipaggio Orion (MPCV), un veicolo spaziale di nuova generazione che trasporterà gli equipaggi oltre l'orbita terrestre bassa (LEO).
Naturalmente, prima che uno di questi sistemi sia in grado di svolgere missioni, è necessario condurre test approfonditi per garantire che siano sicuri e funzionino bene. In questo spirito, i ricercatori della NASA Advanced Supercomputing (NAS) stanno attualmente conducendo simulazioni e visualizzazioni altamente dettagliate per garantire che il veicolo di lancio del veicolo spaziale Orion (LAV) proteggerà gli equipaggi in caso di emergenza durante il decollo.
Fondamentalmente, LAV è la configurazione combinata di Orion Launch Abort System (LAS) e il modulo dell'equipaggio, ed è progettato per mettere in sicurezza l'equipaggio in caso di emergenza sulla piattaforma di lancio o durante i primi due minuti di volo. Queste tecniche di simulazione e visualizzazione, condotte con il supercomputer Pleiades presso il Centro ricerche Ames della NASA, prevedono in che modo le vibrazioni influenzeranno il lancio del veicolo spaziale Orion durante il decollo.
Questi test non solo aiutano gli sforzi di progettazione del motore Orion LAV (uno sforzo collaborativo tra la NASA e il primo appaltatore di Orion Lockheed Martin), ma sono anche senza precedenti per quanto riguarda lo sviluppo di veicoli spaziali. Come ha spiegato Francois Cadieux, ricercatore nel ramo delle scienze computazionali del NAS:
“Questa è una delle prime volte in cui le tecniche LES (Large Eddy Simulation) sono state utilizzate nell'analisi e progettazione su larga scala di veicoli spaziali presso la NASA. Sono entusiasta di svolgere un ruolo nel prossimo grande progetto di esplorazione dello spazio umano dell'agenzia — questo lavoro porta LES a un punto in cui può fornire previsioni accurate in un tempo di risposta abbastanza breve da guidare la progettazione di Orion ".
In precedenza, l'uso di tali strumenti ad alta fedeltà era in gran parte limitato alla ricerca accademica, e non qualcosa di cui gli appaltatori del settore privato potevano trarre vantaggio. Insieme a Michael Barad - un ingegnere aerospaziale presso il Centro ricerche Ames - Cadieux ha prodotto una varietà di simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) che risolvono le turbolenze utilizzando il software Launch Ascent e Vehicle Aerodynamics (LAVA) sviluppato dal NAS.
Sono stati assistiti da esperti di visualizzazione NAS, che hanno aiutato i ricercatori a identificare diversi tipi di vortici che possono causare rumore e vibrazioni. Usando questi dati di simulazione, gli esperti di visualizzazione hanno creato una serie di immagini e filmati di alta qualità che hanno illustrato il tipo di dinamica del flusso che la LAS di Orion sperimenterebbe durante un'interruzione del lancio. Come ha spiegato Cadieux:
“Da queste visualizzazioni, siamo stati in grado di identificare le aree con elevati carichi vibrazionali sul veicolo e le loro fonti. Quello che abbiamo appreso è che il rumore proveniente dalla turbolenza del pennacchio è sostanzialmente più alto di qualsiasi rumore generato dalla sua interazione con le onde d'urto collegate. "
Il video seguente mostra la simulazione di uno scenario di interruzione dell'ascesa, in cui il LAS si è staccato dallo SLS e sta viaggiando a una velocità vicina al suono. Il processo di interruzione inizia con l'accensione del motore LAS e quindi rallenta quando le condizioni di pressione e flusso d'aria diventano particolarmente dure.
I pennacchi colorati indicano alta pressione (rosso) e bassa pressione (blu), con pixel che cambiano da blu a rosso (e viceversa) in relazione alle onde di pressione che causano vibrazioni sul veicolo (bianco). Le regioni in cui il colore cambia bruscamente, ma rimane generalmente blu o rosso nel tempo, indica la presenza di onde d'urto. Alla fine, queste simulazioni hanno un impatto diretto sul design del veicolo spaziale e contribuiranno a garantire la sicurezza dell'astronauta e le prestazioni del veicolo spaziale.
"Stiamo ancora facendo molte domande", ha detto Cadieux. “Ad esempio, come cambiano i carichi sulla superficie LAV ad angoli di attacco più elevati? Come possiamo utilizzare al meglio i dati dei test in galleria del vento per prevedere i carichi per le condizioni di volo effettive in cui il veicolo sta accelerando? "
Le risposte a queste domande verranno utilizzate per progettare la prossima serie di test a terra, test di simulazione dell'equipaggio e test di volo critici, che prepareranno la navicella spaziale Orion per la sua prima missione con equipaggio: Exploration Mission 2 (EM-2). Questa missione, che è prevista per il lancio entro il 2023, consisterà in quattro membri dell'equipaggio che conducono un sorvolo lunare e consegnano i primi componenti per il Deep Space Gateway.
Assicurati di guardare anche il video di simulazione, per gentile concessione del NASA Ames Research Center:
