เมื่อถึงเวลาที่องค์การนาซ่าส่งยานอวกาศกลับไปยังดวงจันทร์และบนดาวอังคารระบบยานอวกาศใหม่จำนวนหนึ่งจะเข้ามาเล่น เหล่านี้รวมถึง Space Launch System (SLS) จรวดที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาและยานพาหนะ Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) - ยานอวกาศรุ่นต่อไปที่จะนำพาทีมนอกเหนือจาก Low Earth Orbit (LEO)
โดยปกติก่อนที่ระบบใดระบบหนึ่งเหล่านี้จะสามารถปฏิบัติภารกิจได้จำเป็นต้องทำการทดสอบอย่างละเอียดเพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยและจะทำงานได้ดี ด้วยจิตวิญญาณนี้นักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ NASA Advanced Supercomputing (NAS) กำลังทำการจำลองและการสร้างภาพที่มีรายละเอียดสูงเพื่อให้แน่ใจว่า Launch Abort Vehicle (LAV) ของยานอวกาศ Orion จะรักษาความปลอดภัยให้กับลูกเรือหากเกิดเหตุฉุกเฉินระหว่างการบินขึ้น
โดยพื้นฐานแล้ว LAV เป็นการรวมกันของ Orion Launch Abort System (LAS) และโมดูลลูกเรือและได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ลูกเรือปลอดภัยหากเกิดเหตุฉุกเฉินบนแท่นยิงจรวดหรือในช่วงสองนาทีแรกของการบิน เทคนิคการจำลองและการสร้างภาพข้อมูลเหล่านี้ซึ่งดำเนินการกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ดาวลูกไก่ที่ศูนย์วิจัยนาซ่าอาเมสคาดการณ์ว่าการสั่นสะเทือนจะส่งผลกระทบต่อการเปิดตัวยานอวกาศของยาน Orion ในระหว่างการบินขึ้นเครื่องบิน
การทดสอบเหล่านี้ไม่เพียงช่วยในการออกแบบ Orion LAV motor (ความร่วมมือระหว่าง NASA และผู้รับเหมาหลักของ Orion Lockheed Martin) เท่านั้น แต่ยังเป็นสิ่งที่ไม่เคยมีมาก่อนในการพัฒนายานอวกาศ ในฐานะที่เป็น Francois Cadieux นักวิทยาศาสตร์การวิจัยในสาขา NAS Computational Aerosciences ได้อธิบายว่า:
“ นี่เป็นครั้งแรกที่มีการใช้เทคนิคการจำลองวนใหญ่ (LES) ในการวิเคราะห์และออกแบบยานอวกาศที่นาซ่า ฉันรู้สึกตื่นเต้นที่ได้มีส่วนร่วมในโครงการสำรวจอวกาศมนุษย์ขนาดใหญ่ครั้งต่อไปของเอเจนซี่ - งานนี้นำ LES ไปสู่จุดที่สามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำภายในระยะเวลาตอบสนองสั้น ๆ เพียงพอเพื่อเป็นแนวทางในการออกแบบของ Orion "
ก่อนหน้านี้การใช้เครื่องมือที่มีความเที่ยงตรงสูงดังกล่าวส่วนใหญ่ถูก จำกัด อยู่ที่การวิจัยทางวิชาการและไม่ใช่สิ่งที่ผู้รับเหมาอุตสาหกรรมเอกชนสามารถใช้ประโยชน์ได้ ร่วมกับ Michael Barad - วิศวกรการบินและอวกาศที่ Ames Research Center - Cadieux ผลิตเครื่องจำลองการคำนวณความปั่นป่วนของไหล (CFD) ที่หลากหลายโดยใช้ซอฟต์แวร์ Launch Ascent และ Vehicle Aerodynamics (LAVA) ที่ได้รับการพัฒนา
พวกเขาได้รับความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญการสร้างภาพข้อมูลของ NAS ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุ vortices ประเภทต่าง ๆ ที่อาจทำให้เกิดเสียงและการสั่นสะเทือน การใช้ข้อมูลการจำลองนี้ผู้เชี่ยวชาญด้านการสร้างภาพสร้างชุดของภาพและภาพยนตร์คุณภาพสูงที่แสดงให้เห็นว่าพลศาสตร์การไหลแบบใดที่ Orion LAS จะได้สัมผัสในระหว่างการเริ่มต้นการยกเลิก ในฐานะที่เป็น Cadieux อธิบาย:
“ จากการมองเห็นเหล่านี้เราสามารถระบุพื้นที่ที่มีแรงสั่นสะเทือนสูงบนยานพาหนะและแหล่งที่มา สิ่งที่เราเรียนรู้คือเสียงที่มาจากความปั่นป่วนของขนนกนั้นสูงกว่าเสียงที่เกิดจากการโต้ตอบกับคลื่นกระแทกที่ติดอยู่อย่างมาก”
วิดีโอด้านล่างแสดงการจำลองสถานการณ์การยกเลิกการขึ้นที่ LAS ได้แยกออกจาก SLS และเดินทางใกล้กับความเร็วของเสียง กระบวนการยกเลิกเริ่มต้นด้วยการจุดระเบิดของมอเตอร์ LAS แล้วช้าลงเมื่อสภาพความดันและการไหลของอากาศรุนแรงมาก
ขนนกสีบ่งบอกถึงแรงดันสูง (สีแดง) และความดันต่ำ (สีน้ำเงิน) โดยมีพิกเซลเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีแดง (และในทางกลับกัน) ที่เกี่ยวข้องกับคลื่นความดันที่ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนบนยานพาหนะ (สีขาว) ภูมิภาคที่มีการเปลี่ยนแปลงสีอย่างฉับพลัน แต่โดยทั่วไปแล้วจะยังคงเป็นสีน้ำเงินหรือสีแดงเมื่อเวลาผ่านไปแสดงถึงการมีคลื่นกระแทก ในท้ายที่สุดการจำลองเหล่านี้ส่งผลกระทบโดยตรงต่อการออกแบบยานอวกาศและจะช่วยรับรองความปลอดภัยของนักบินอวกาศและประสิทธิภาพของยานอวกาศ
“ เรายังคงถามคำถามมากมาย” Cadieux กล่าว “ เช่นโหลดบนพื้นผิว LAV จะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อมุมการโจมตีสูงขึ้น? เราจะใช้ข้อมูลจากการทดสอบอุโมงค์ลมเพื่อคาดการณ์ปริมาณบรรทุกสำหรับสภาพการบินจริงที่ยานพาหนะเร่งได้อย่างไร
คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้จะใช้ในการออกแบบชุดการทดสอบภาคพื้นดินการทดสอบจำลองลูกเรือและการทดสอบการบินที่สำคัญซึ่งจะเตรียมยานอวกาศ Orion สำหรับภารกิจแรกของทีม - ภารกิจการสำรวจ 2 (EM-2) ภารกิจนี้ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในปี 2566 จะประกอบด้วยสมาชิกลูกเรือสี่คนทำการดำเนินการทางจันทรคติและส่งมอบองค์ประกอบแรกสำหรับเกตเวย์อวกาศลึก
อย่าลืมตรวจสอบวิดีโอการจำลองด้วยความอนุเคราะห์จาก NASA Ames Research Center:
