عندما يحين الوقت لإرسال ناسا رواد فضاء إلى القمر ثم إلى المريخ ، سيتم تشغيل عدد من أنظمة المركبات الفضائية الجديدة. وتشمل هذه نظام إطلاق الفضاء (SLS) ، أقوى صاروخ تم بناؤه على الإطلاق ، ومركبة طاقم أوريون متعددة الأغراض (MPCV) - مركبة فضائية من الجيل التالي ستحمل أطقمًا خارج مدار الأرض المنخفض (LEO).
بطبيعة الحال ، قبل أن يتمكن أي من هذين النظامين من القيام بالمهام ، يجب إجراء اختبارات مكثفة للتأكد من أنها آمنة وستعمل بشكل جيد. وبهذه الروح ، يجري علماء أبحاث NASA Advanced Supercomputing (NAS) حاليًا عمليات محاكاة ومرئيات مفصلة للغاية لضمان أن مركبة الإطلاق المركبة من Orion (LAV) ستحافظ على سلامة أطقمها ، في حالة حدوث طوارئ أثناء الإقلاع.
بشكل أساسي ، فإن LAV هي التكوين المشترك لنظام Orion Launch Abort System (LAS) ووحدة الطاقم ، وهي مصممة لإيصال الطاقم إلى بر الأمان إذا حدثت حالة طوارئ على منصة الإطلاق أو خلال الدقيقتين الأوليين من الرحلة. تتنبأ تقنيات المحاكاة والتصور هذه ، التي أجريت باستخدام الكمبيوتر العملاق Pleiades بمركز أبحاث Ames التابع لوكالة ناسا ، بكيفية تأثير الاهتزازات على مركبة إحباط مركبة فضائية Orion أثناء الإقلاع.
لا تساعد هذه الاختبارات فقط في جهود التصميم لمحرك Orion LAV (جهد تعاوني بين وكالة ناسا ومقاول Orion الرئيسي Lockheed Martin) ، ولكنها أيضًا غير مسبوقة إلى حد ما فيما يتعلق بتطوير المركبات الفضائية. كما أوضح فرانسوا كاديو ، عالم أبحاث في فرع NAS للحوسبة الحسابية:
"هذه إحدى المرات الأولى التي استخدمت فيها تقنيات المحاكاة الدوامية الكبيرة في تحليل وتصميم المركبات الفضائية على نطاق واسع في وكالة ناسا. يسعدني أن ألعب دورًا في مشروع استكشاف الفضاء البشري الضخم القادم للوكالة - هذا العمل ينقل LES إلى نقطة حيث يمكن أن يوفر تنبؤات دقيقة في غضون فترة زمنية قصيرة بما يكفي لتوجيه تصميم Orion ".
في السابق ، كان استخدام هذه الأدوات عالية الدقة يقتصر إلى حد كبير على البحث الأكاديمي ، وليس شيئًا يمكن لمقاولي الصناعة الخاصة الاستفادة منه. جنبا إلى جنب مع مايكل باراد - مهندس الطيران في مركز أبحاث أميس - أنتجت Cadieux مجموعة متنوعة من محاكاة ديناميكيات السوائل الحسابية (CFD) التي تعمل على حل الاضطرابات باستخدام برنامج الإطلاق الصاعد والديناميكا الهوائية للمركبات (LAVA) الذي طورته NAS.
وقد ساعدهم خبراء تصور NAS ، الذين ساعدوا الباحثين في تحديد أنواع مختلفة من الدوامات التي يمكن أن تسبب الضوضاء والاهتزازات. باستخدام بيانات المحاكاة هذه ، أنشأ خبراء التصور سلسلة من الصور والأفلام عالية الجودة التي توضح نوع ديناميكيات التدفق التي سيختبرها Orion LAS أثناء إحباط الإطلاق. كما أوضح Cadieux:
"من هذه التصورات ، تمكنا من تحديد مناطق الأحمال الاهتزازية العالية في السيارة ومصادرها. ما تعلمناه هو أن الضوضاء الناتجة عن اضطراب العمود أعلى بكثير من أي ضوضاء ناتجة عن تفاعله مع موجات الصدمة المرفقة. "
يوضح الفيديو أدناه محاكاة سيناريو الإجهاض الصاعد ، حيث انفصلت LAS عن SLS وهي تسير بسرعة قريبة من سرعة الصوت. تبدأ عملية الإجهاض مع اشتعال محرك LAS ثم تتباطأ عندما تصبح ظروف الضغط وتدفق الهواء قاسية بشكل خاص.
تشير الأعمدة الملونة إلى الضغط العالي (الأحمر) والضغط المنخفض (الأزرق) ، مع تغيير وحدات البكسل من الأزرق إلى الأحمر (والعكس صحيح) فيما يتعلق بموجات الضغط التي تسبب اهتزازات على السيارة (أبيض). تشير المناطق التي يتغير فيها اللون فجأة ، ولكنها تظل بشكل عام باللون الأزرق أو الأحمر بمرور الوقت ، إلى وجود موجات صدمة. في النهاية ، تؤثر عمليات المحاكاة هذه بشكل مباشر على تصميم المركبة الفضائية وستساعد على ضمان سلامة رواد الفضاء وأداء المركبات الفضائية.
قال كاديو: "ما زلنا نطرح الكثير من الأسئلة". "مثل ، كيف تتغير الأحمال على سطح LAV في زوايا أعلى من الهجوم؟ كيف نستخدم البيانات من اختبارات نفق الرياح بشكل أفضل للتنبؤ بالأحمال لظروف الرحلة الفعلية حيث تسارع السيارة؟ "
سيتم استخدام الإجابات على هذه الأسئلة لتصميم السلسلة التالية من الاختبارات الأرضية ، واختبارات نماذج الطاقم ، واختبارات الطيران الحرجة ، والتي ستعد المركبة الفضائية أوريون لمهمتها الأولى المكونة - بعثة الاستكشاف 2 (EM-2). ستتألف هذه المهمة ، التي من المقرر إطلاقها بحلول عام 2023 ، من أربعة أفراد من الطاقم يقومون برحلة على سطح القمر ويقدمون المكونات الأولى لبوابة Deep Space Gateway.
تأكد من التحقق من فيديو المحاكاة أيضًا ، بإذن من مركز أبحاث NASA Ames:
