Quando chegar a hora da NASA enviar astronautas de volta à Lua e a Marte, vários novos sistemas de espaçonaves entrarão em ação. Entre eles, o Sistema de Lançamento Espacial (SLS), o foguete mais poderoso já construído, e o MPCV (Órion Multi-Purpose Crew Vehicle) - uma espaçonave de última geração que transportará tripulações além da Low Earth Orbit (LEO).
Naturalmente, antes que qualquer um desses sistemas possa realizar missões, é necessário realizar testes extensivos para garantir que eles sejam seguros e tenham bom desempenho. Nesse espírito, os cientistas de pesquisa da NASA Advanced Supercomputing (NAS) estão atualmente realizando simulações e visualizações altamente detalhadas para garantir que o Veículo de Abortamento (LAV) da espaçonave Orion mantenha as tripulações seguras, caso ocorra uma emergência durante a decolagem.
Basicamente, o LAV é a configuração combinada do Orion Launch Abort System (LAS) e do módulo da tripulação, e foi projetado para garantir a segurança da tripulação se ocorrer uma emergência na plataforma de lançamento ou durante os dois primeiros minutos de voo. Essas técnicas de simulação e visualização, que foram conduzidas com o supercomputador das Plêiades no Centro de Pesquisa Ames da NASA, prevêem como as vibrações afetarão o veículo da nave espacial Orion que interrompe o veículo durante a decolagem.
Esses testes não apenas auxiliam nos esforços de projeto do motor Orion LAV (um esforço colaborativo entre a NASA e a contratada principal da Orion, Lockheed Martin), mas também são inéditos no que diz respeito ao desenvolvimento de naves espaciais. Como François Cadieux, cientista pesquisador da NAS Computational Aerosciences Branch, explicou:
“Esta é uma das primeiras vezes em que as técnicas de simulação por grandes redemoinhos (LES) foram usadas na análise e design de naves espaciais em larga escala na NASA. Estou empolgado por participar do próximo grande projeto de exploração espacial da agência - este trabalho leva o LES a um ponto em que pode fornecer previsões precisas em um curto espaço de tempo para orientar o design da Orion. ”
Anteriormente, o uso dessas ferramentas de alta fidelidade era amplamente restrito à pesquisa acadêmica, e não era algo que os empreiteiros do setor privado pudessem aproveitar. Juntamente com Michael Barad - um engenheiro aeroespacial do Ames Research Center - a Cadieux produziu uma variedade de simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) com resolução de turbulência usando o software Launch Ascent e Vehicle Aerodynamics (LAVA) desenvolvido pela NAS.
Eles foram assistidos por especialistas em visualização do NAS, que ajudaram os pesquisadores a identificar diferentes tipos de vórtices que podem causar ruídos e vibrações. Usando esses dados de simulação, os especialistas em visualização criaram uma série de imagens e filmes de alta qualidade que ilustravam que tipo de dinâmica de fluxo o Orion LAS experimentaria durante um aborto de lançamento. Como Cadieux explicou:
“A partir dessas visualizações, conseguimos identificar áreas de altas cargas vibracionais no veículo e suas fontes. O que aprendemos é que o ruído proveniente da turbulência da pluma é substancialmente mais alto do que qualquer ruído gerado por sua interação com as ondas de choque associadas. ”
O vídeo abaixo mostra a simulação de um cenário de cancelamento de subida, onde o LAS se separou do SLS e está viajando próximo à velocidade do som. O processo de abortamento inicia com a ignição do motor LAS e depois diminui à medida que as condições de pressão e fluxo de ar se tornam particularmente severas.
As plumas coloridas indicam alta pressão (vermelho) e baixa pressão (azul), com pixels mudando de azul para vermelho (e vice-versa) em relação às ondas de pressão que causam vibrações no veículo (branco). As regiões em que a cor muda abruptamente, mas geralmente permanece azul ou vermelho ao longo do tempo, indicam a presença de ondas de choque. No final, essas simulações afetam diretamente o design da sonda e ajudarão a garantir a segurança do astronauta e o desempenho da sonda.
"Ainda estamos fazendo muitas perguntas", disse Cadieux. “Como as cargas na superfície do LAV mudam em ângulos de ataque mais altos? Como usamos melhor os dados dos testes em túneis de vento para prever cargas para condições reais de voo em que o veículo está acelerando? ”
As respostas a essas perguntas serão usadas para projetar a próxima série de testes de solo, testes de maquete da tripulação e testes críticos de vôo, que prepararão a espaçonave Orion para sua primeira missão tripulada - Missão de Exploração 2 (EM-2). Esta missão, prevista para lançamento em 2023, consistirá em quatro tripulantes realizando um sobrevôo lunar e entregando os primeiros componentes para o Deep Space Gateway.
Não deixe de conferir também o vídeo da simulação, cortesia do NASA Ames Research Center:
