Simulation einer Mondmission vor dem Raketenstart
NASA hat beschrieben, wie sein Computational Framework für Launch, Ascent and Vehicle Aerodynamics (LAVA) eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Startumgebung für Artemis II spielte – die erste bemannte Artemis-Mission der Agentur, die vier Astronauten um den Mond bringen wird. Mit Daten aus dem unbemannten Artemis-I-Start von 2022 führten Ingenieure des NASA Ames Research Center Simulationen durch, die bisher unbekannte Wechselwirkungen zwischen den Abgasfahnen der Space Launch System Rakete und dem Wasserlöschsystem zur Lärmunterdrückung der Startrampe offenbarten.
Die Simulationen identifizierten einen überraschenden Effekt: Während das Wasser des Lärmunterdrückungssystems akustische Druckwellen wirksam reduziert, die das Fahrzeug beschädigen könnten, können die Raketenabgase Wasserstrahlen so umleiten, dass erhebliche Druckspitzen in bestimmten Bereichen der mobilen Startplattform entstehen. Ohne Intervention könnten diese Druckspitzen die strukturellen Toleranzen der Startrampenkomponenten überschreiten.
Wie LAVA funktioniert
Das LAVA-Framework befasst sich mit Computational Fluid Dynamics – der mathematischen Modellierung des Verhaltens von Gasen und Flüssigkeiten. Bei einem Raketenstart ist die relevante Physik außerordentlich komplex: Überschall-Abgase verlassen die Motoren bei Temperaturen von über 3.000 Grad Celsius, wechselwirken mit dem Stahlgraben und dem Wasserlöschsystem der Startrampe, erzeugen Druckwellen, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, und induzieren turbulente Vermischung, die spezialisierte Algorithmen erfordern, um genau simuliert zu werden.
Der Vergleich von Simulationen mit und ohne aktivem Lärmunterdrückungssystem ermöglichte es Ingenieuren, ihre Auswirkungen genau zu isolieren. Das Wasser reduziert die Gesamtakustiklast auf das Fahrzeug erheblich, aber die durch die Auspuff-Wasser-Wechselwirkung verursachte Druckumverteilung identifizierte spezifische Orte auf der mobilen Startplattform, an denen Verstärkung oder Designänderung erforderlich war.
Von der Simulation zur Hardwaremodifizierung
Die Erkenntnisse aus LAVA-Simulationen waren nicht rein akademisch. Ingenieure am Kennedy Space Center nutzten die Simulationsergebnisse, um spezifische Elemente der mobilen Startplattform Artemis II neu zu gestalten, um die identifizierten Druckerhöhungen zu bewältigen. Dies stellt eine direkte Übersetzung von rechnergestützter Modellierung zu physischer Hardwareänderung dar, die die bemannte Mission sicherer macht.
Der Prozess zeigt, warum die NASA stark in Simulationsfähigkeiten investiert, statt sich ganz auf empirische Tests zu verlassen. Physische Tests von Raketenstarts sind enorm teuer und begrenzt, was instrumentiert werden kann; Computersimulation ermöglicht es Ingenieuren, Tausende von Parametervariationen zu erkunden, Grenzfälle zu identifizieren und Grundursachen so zu verstehen, wie physikalische Experimente es nicht können.
Freigabe für die Luft- und Raumfahrtgemeinschaft
NASA plant, LAVA in den kommenden Wochen für die breitere Luft- und Raumfahrtgemeinschaft freizugeben und seinen Nutzen über NASAs eigene Programme hinaus auf kommerzielle Startunternehmen, Flugzeughersteller und akademische Forscher auszudehnen. Das Tool wurde bereits öffentlich durch Seminare präsentiert, die von NASAs Advanced Supercomputing Facility veranstaltet wurden.
Für kommerzielle Startanbieter, denen typischerweise die Ressourcen fehlen, um intern äquivalente Simulationsinfrastruktur zu entwickeln, stellt der Zugang zu LAVA ein bedeutungsvolles Kapazitätsupgrade dar. Das Tool könnte Entwicklungszeitpläne für Startraketen der nächsten Generation beschleunigen und die Häufigkeit kostspieliger physischer Testkampagnen durch zuverlässigere Vorhersagen vor Tests reduzieren.
Dieser Artikel basiert auf Berichten von NASA. Lesen Sie den Originalartikel.
