Cuando llegue el momento de que la NASA envíe astronautas de regreso a la Luna y a Marte, entrarán en juego una serie de nuevos sistemas de naves espaciales. Estos incluyen el Space Launch System (SLS), el cohete más poderoso jamás construido, y el Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV), una nave espacial de próxima generación que llevará tripulaciones más allá de Low Earth Orbit (LEO).
Naturalmente, antes de que cualquiera de estos sistemas pueda llevar a cabo misiones, se deben realizar pruebas exhaustivas para garantizar que sean seguros y funcionen bien. En este espíritu, los científicos investigadores de la Supercomputación Avanzada de la NASA (NAS) están llevando a cabo simulaciones y visualizaciones muy detalladas para garantizar que el Vehículo de Lanzamiento de Aborto (LAV) de la nave espacial Orion mantendrá a las tripulaciones seguras, en caso de que ocurra una emergencia durante el despegue.
Básicamente, el LAV es la configuración combinada del Sistema de Aborto de Lanzamiento de Orion (LAS) y el módulo de la tripulación, y está diseñado para poner a la tripulación a salvo si ocurre una emergencia en la plataforma de lanzamiento o durante los primeros dos minutos de vuelo. Estas técnicas de simulación y visualización, que se llevaron a cabo con la supercomputadora Pleiades en el Centro de Investigación Ames de la NASA, predicen cómo las vibraciones afectarán el vehículo de aborto de lanzamiento de la nave espacial Orion durante el despegue.
Estas pruebas no solo ayudan con los esfuerzos de diseño del motor Orion LAV (un esfuerzo de colaboración entre la NASA y el contratista principal de Orion Lockheed Martin), sino que también son bastante sin precedentes en lo que respecta al desarrollo de naves espaciales. Como Francois Cadieux, un científico investigador en la Rama de Aerociencias Computacionales de NAS, explicó:
“Esta es una de las primeras veces en que se han utilizado técnicas de gran simulación de Foucault (LES) en el análisis y diseño de naves espaciales a gran escala en la NASA. Estoy emocionado de participar en el próximo gran proyecto de exploración espacial humana de la agencia: este trabajo lleva a LES a un punto en el que puede proporcionar predicciones precisas en un tiempo de respuesta lo suficientemente breve como para guiar el diseño de Orion ".
Anteriormente, el uso de tales herramientas de alta fidelidad se había restringido en gran medida a la investigación académica, y no era algo que los contratistas de la industria privada pudieran aprovechar. Junto con Michael Barad, un ingeniero aeroespacial del Centro de Investigación Ames, Cadieux produjo una variedad de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) para resolver turbulencias utilizando el software de lanzamiento de lanzamiento y de aerodinámica de vehículos (LAVA) desarrollado por NAS.
Fueron asistidos por expertos en visualización NAS, que ayudaron a los investigadores a identificar diferentes tipos de vórtices que pueden causar ruido y vibraciones. Utilizando estos datos de simulación, los expertos en visualización crearon una serie de imágenes y películas de alta calidad que ilustraban qué tipo de dinámica de flujo experimentaría el Orion LAS durante un aborto de lanzamiento. Como explicó Cadieux:
“A partir de estas visualizaciones, pudimos identificar áreas de altas cargas vibratorias en el vehículo y sus fuentes. Lo que aprendimos es que el ruido proveniente de la turbulencia de la columna es sustancialmente mayor que cualquier ruido generado por su interacción con las ondas de choque adjuntas ".
El siguiente video muestra la simulación de un escenario de aborto de ascenso, donde el LAS se ha separado del SLS y está viajando a una velocidad cercana al sonido. El proceso de aborto se inicia con el encendido del motor LAS y luego se ralentiza a medida que las condiciones de presión y flujo de aire se vuelven particularmente duras.
Las plumas de colores indican alta presión (rojo) y baja presión (azul), con píxeles que cambian de azul a rojo (y viceversa) en relación con las ondas de presión que causan vibraciones en el vehículo (blanco). Las regiones donde el color cambia abruptamente, pero permanece generalmente azul o rojo con el tiempo, indica la presencia de ondas de choque. Al final, estas simulaciones están impactando directamente el diseño de la nave espacial y ayudarán a garantizar la seguridad de los astronautas y el rendimiento de la nave espacial.
"Todavía estamos haciendo muchas preguntas", dijo Cadieux. “Como, ¿cómo cambian las cargas en la superficie del LAV en ángulos de ataque más altos? ¿Cómo utilizamos mejor los datos de las pruebas del túnel de viento para predecir las cargas para las condiciones de vuelo reales donde el vehículo está acelerando?
Las respuestas a estas preguntas se utilizarán para diseñar la próxima serie de pruebas en tierra, pruebas de maquetas de la tripulación y pruebas de vuelo críticas, que prepararán a la nave espacial Orion para su primera misión tripulada: Misión de Exploración 2 (EM-2). Esta misión, cuyo lanzamiento está programado para 2023, consistirá en cuatro miembros de la tripulación que realizarán un sobrevuelo lunar y entregarán los primeros componentes para el Deep Space Gateway.
Asegúrese de ver también el video de simulación, cortesía del Centro de Investigación Ames de la NASA:
