محاكاة مهمة القمر قبل انطلاق الصاروخ
قدمت ناسا تفاصيل عن كيف لعب إطار عمل الإطلاق والصعود وديناميكيات الهندسة الهوائية للمركبة (LAVA) دورًا حاسمًا في تحسين بيئة الإطلاق لأرتميس II — أول مهمة أرتميس يقودها البشر التابعة للوكالة، والتي ستأخذ أربعة رواد فضاء حول القمر. باستخدام البيانات المجمعة من إطلاق أرتميس الأول بدون طاقم في عام 2022، قام مهندسو مركز أبحاث أيمز التابع لناسا بتشغيل محاكاة كشفت عن تفاعلات غير معروفة سابقًا بين ألسنة العادم من صاروخ نظام إطلاق الفضاء وجهاز قمع صوت المياه في منصة الإطلاق.
كشفت المحاكاة عن تأثير غير متوقع: في حين أن مياه جهاز قمع الصوت تقلل فعليًا من موجات الضغط الصوتية التي قد تضر بالمركبة، فإن غازات عادم الصاروخ يمكن أن توجه تيارات المياه بطرق تخلق زيادات ضغط كبيرة في مناطق معينة من منصة الرفع المتنقلة. بدون تدخل، قد تتجاوز هذه قمم الضغط تحمل الهياكل للمكونات الموجودة على منصة الإطلاق.
كيفية عمل LAVA
يتعامل إطار عمل LAVA مع ديناميكيات الموائع الحسابية — النمذجة الرياضية لكيفية تصرف الغازات والسوائل. في إطلاق صاروخ، تكون الفيزياء ذات الصلة معقدة للغاية: تخرج غازات العادم الأسرع من الصوت من المحركات عند درجات حرارة تتجاوز 3000 درجة مئوية، وتتفاعل مع خندق الصلب ونظام طوفان المياه في منصة الإطلاق، وتولد موجات ضغط تنتشر بسرعة الصوت، وتحفز الخلط المضطرب الذي يتطلب خوارزميات متخصصة للمحاكاة بدقة.
السماح للمهندسين بمقارنة المحاكاة التي تم تشغيلها مع وبدون نظام قمع الصوت النشط بعزل تأثيراته بدقة. تقلل المياه الحمل الصوتي الكلي على المركبة بشكل كبير، لكن إعادة توزيع الضغط الناجم عن تفاعل العادم والمياه حددت مواقع معينة على منصة الرفع المتنقلة حيث كان التعزيز أو تعديل التصميم مطلوبًا.
من المحاكاة إلى تعديل الأجهزة
لم تكن الأفكار من محاكاة LAVA أكاديمية فحسب. استخدم مهندسو مركز كينيدي للفضاء نتائج المحاكاة لإعادة تصميم عناصر معينة من منصة الرفع المتنقلة لأرتميس II للتعامل مع زيادات الضغط المحددة. يمثل هذا ترجمة مباشرة من النمذجة الحسابية إلى تعديل الأجهزة الفيزيائية الذي سيجعل المهمة التي يقودها البشر أكثر أمانًا.
توضح العملية السبب في أن ناسا تستثمر بكثافة في قدرة المحاكاة بدلاً من الاعتماد بالكامل على الاختبار التجريبي. اختبار الصواريخ المطلقة فعليًا مكلف للغاية ومحدود فيما يمكن أن تكون أجهزة استشعار له؛ تسمح المحاكاة الحسابية للمهندسين باستكشاف آلاف اختلافات المعاملات وتحديد الحالات الحدية وفهم الأسباب الجذرية بطرق لا تستطيع التجارب الفيزيائية القيام بها.
الإطلاق للمجتمع الفضائي
تخطط ناسا لإطلاق LAVA على المجتمع الفضائي الأوسع في الأسابيع القادمة، مما يوسع فائدتها بعد برامج ناسا الخاصة إلى شركات الإطلاق التجارية وصانعي الطائرات والباحثين الأكاديميين. تم بالفعل عرض الأداة علانية من خلال ندوات استضافتها مرفق الحوسبة الفائقة المتقدمة التابع لناسا.
بالنسبة لموردي الإطلاق التجاريين الذين يفتقرون عادة إلى الموارد لتطوير بنية محاكاة معادلة داخليًا، فإن الوصول إلى LAVA يمثل ترقية قدرة كبيرة. يمكن للأداة أن تسرع جداول زمنية التطوير لمركبات الإطلاق من الجيل التالي وتقلل من تكرار حملات الاختبار المادية المكلفة من خلال تمكين التنبؤات الأكثر ثقة قبل الاختبار.
يعتمد هذا المقال على تقارير ناسا. اقرأ المقالة الأصلية.
