NASA가 우주 비행사를 달과 화성으로 다시 보내야 할 때가되면 수많은 새로운 우주선 시스템이 등장 할 것입니다. 여기에는 사상 가장 강력한 로켓 인 우주 발사 시스템 (SLS)과 오리지널 궤도 (LEO)를 넘어 선원들을 운반 할 차세대 우주선 인 Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV)이 포함됩니다.
당연히 이러한 시스템 중 하나가 미션을 수행하기 전에 안전하고 성능이 우수한지 확인하기 위해 광범위한 테스트를 수행해야합니다. 이러한 정신으로 NASA 고급 슈퍼 컴퓨팅 (NAS) 연구 과학자들은 현재 이륙하는 동안 비상 상황이 발생했을 때 Orion 우주선의 LAV (Launch Abort Vehicle)가 승무원을 안전하게 지키기 위해 매우 상세한 시뮬레이션 및 시각화를 수행하고 있습니다.
기본적으로 LAV는 LAS (Orion Launch Abort System)와 승무원 모듈의 결합 된 구성이며, 비상 사태가 런치 패드에서 또는 비행 중 처음 2 분 동안 발생할 경우 승무원을 안전하게 보호하도록 설계되었습니다. NASA Ames Research Center의 Pleiades 슈퍼 컴퓨터로 수행 된 이러한 시뮬레이션 및 시각화 기술은 진동이 이륙하는 동안 Orion 우주선의 발사 중단 차량에 어떤 영향을 미치는지 예측합니다.
이 테스트는 Orion LAV 모터의 설계 노력 (NASA와 Orion의 주요 계약자 Lockheed Martin 간의 공동 노력)을 지원할뿐만 아니라 우주선 개발이 진행되는 한 전례가 없습니다. NAS Computational Aerosciences Branch의 연구 과학자 Francois Cadieux는 다음과 같이 설명했습니다.
“이것은 NASA의 대규모 우주선 분석 및 설계에 대규모 eddy 시뮬레이션 기술이 사용 된 최초의 사례 중 하나입니다. 대행사의 차세대 대형 우주 탐사 프로젝트에 참여하게 된 것을 기쁘게 생각합니다.이 연구 결과는 LES가 짧은 시간 내에 정확한 예측을 제공하여 Orion의 설계를 안내 할 수있는 지점으로 이끌었습니다.”
이전에는 이러한 충실도 도구를 사용하는 것이 학술 연구에만 국한되어 왔으며 민간 산업 계약 업체가 활용할 수있는 것은 아닙니다. Cadieux는 Ames Research Center의 항공 우주 엔지니어 인 Michael Barad와 함께 NAS에서 개발 한 LAVA (Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics) 소프트웨어를 사용하여 다양한 난류 해결 전산 유체 역학 (CFD) 시뮬레이션을 생성했습니다.
그들은 NAS 시각화 전문가의 도움을 받아 연구자들은 소음과 진동을 유발할 수있는 다양한 유형의 소용돌이를 식별 할 수있었습니다. 이 시뮬레이션 데이터를 사용하여 시각화 전문가는 Orion LAS가 출시 중단 중에 어떤 종류의 흐름 역학을 경험할 수 있는지 보여주는 일련의 고품질 이미지와 동영상을 만들었습니다. Cadieux가 설명했듯이 :
“이 시각화를 통해 차량에 진동이 많은 부분과 그 원인을 식별 할 수있었습니다. 우리가 배운 것은 깃털의 난류에서 발생하는 소음이 부착 된 충격파와의 상호 작용으로 발생하는 소음보다 상당히 높다는 것입니다.”
아래 비디오는 LAS가 SLS에서 분리되어 사운드 속도에 가깝게 이동하는 상승 중단 시나리오의 시뮬레이션을 보여줍니다. 중단 프로세스는 LAS 모터의 점화로 시작된 다음 압력 및 공기 흐름 조건이 특히 가혹 해지면 속도가 느려집니다.
유색 기둥은 고압 (빨간색)과 저압 (파란색)을 나타내며, 차량에서 진동을 일으키는 압력 파 (흰색)와 관련하여 픽셀이 파란색에서 빨간색으로 (또는 그 반대로) 변경됩니다. 색상이 갑자기 변하지 만 시간이 지남에 따라 파란색 또는 빨간색으로 유지되는 영역은 충격파가 있음을 나타냅니다. 결국 이러한 시뮬레이션은 우주선의 설계에 직접적인 영향을 미치며 우주 비행사 안전 및 우주선 성능을 보장하는 데 도움이됩니다.
Cadieux는“우리는 여전히 많은 질문을하고 있습니다. “LAV 표면의 하중이 더 높은 공격 각도에서 어떻게 변하는가? 차량이 가속되는 실제 비행 조건에 대한 하중을 예측하기 위해 풍동 테스트의 데이터를 가장 잘 사용하는 방법은 무엇입니까?”
이 질문에 대한 답은 다음 일련의 지상 테스트, 승무원 모형 테스트 및 중요 비행 테스트를 설계하는 데 사용될 것이며, 이는 최초의 승무원 임무-탐험 임무 2 (EM-2)를 위해 오리온 우주선을 준비 할 것입니다. 2023 년에 발사 될 예정인이 임무는 음력 비행을 수행하고 Deep Space Gateway의 첫 번째 구성 요소를 제공하는 4 명의 승무원으로 구성됩니다.
NASA Ames Research Center에서 제공 한 시뮬레이션 비디오도 확인하십시오.
