ロケットが発火する前に月面ミッションをシミュレートする
NASAは、打ち上げ・上昇・飛行体空気力学(LAVA)計算フレームワークがアルテミスII打ち上げ環境の改善において重要な役割を果たしたことの詳細を発表した。アルテミスIIは、NASAの最初の有人アルテミスミッションであり、4人の宇宙飛行士を月の周回軌道に送り込む。2022年の無人のアルテミスI打ち上げから収集されたデータを使用して、NASAのエームス研究所のエンジニアはシミュレーションを実施し、宇宙打ち上げシステムロケットの排気プリュームと打ち上げ台のサウンド抑制水システム間の以前は未知の相互作用を明らかにした。
シミュレーションは直感に反する効果を特定した。サウンド抑制システムの水は車両に損傷を与える可能性のある音声圧力波を効果的に減らすが、ロケット排気ガスは水流を可動発射プラットフォームの特定の領域で大幅な圧力上昇を引き起こす方法へと向け直すことができる。介入がなければ、これらの圧力スパイクは発射台部品の構造耐力を超える可能性がある。
LAVAの仕組み
LAVAフレームワークは計算流体力学に対応している——ガスと液体がどのように挙動するかの数学的モデリングである。ロケット打ち上げでは、関連する物理は極めて複雑である。超音速排気ガスは摂氏3,000度を超える温度でエンジンから出て、発射台の鋼製溝槽とサウンド抑制水ディリュージュシステムと相互作用し、音速で伝播する圧力波を生成し、正確にシミュレートするための専門アルゴリズムを必要とする乱流混合を誘発する。
サウンド抑制システムがアクティブな場合とアクティブでない場合に実行されたシミュレーションを比較することにより、エンジニアはその効果を正確に隔離することができた。水は車両の全体的な音響負荷を大幅に低減するが、排気-水相互作用による圧力再分配は、補強または設計変更が必要な可動発射プラットフォーム上の特定の場所を特定した。
シミュレーションからハードウェア改造へ
LAVAシミュレーションの知見は単なる学問的なものではなかった。ケネディスペースセンターのエンジニアはシミュレーション結果を使用して、特定された圧力増加に対応するためにアルテミスII可動発射プラットフォームの特定の要素を再設計した。これは、有人ミッションをより安全にする計算モデリングから物理ハードウェア修正への直接的な変換を表している。
このプロセスは、NASAがなぜ経験的テストに完全に依存するのではなく、シミュレーション能力に大きく投資するのかを示している。ロケット打ち上げの物理的テストは極めて高額で、機器化できるものに制限があり、計算シミュレーションにより、エンジニアはパラメータの数千の変動を探索し、物理的実験ができない方法でエッジケースと根本原因を理解することができる。
航空宇宙コミュニティへのリリース
NASAは来週中にLAVAをより広い航空宇宙コミュニティにリリースする計画であり、NASAの独自のプログラムを超えて、商用打ち上げプロバイダー、航空機メーカー、学術研究者に有用性を拡張している。このツールはNASAの高度なスーパーコンピューティング機関によって主催されたセミナーを通じて既に公開されている。
通常、内部で同等のシミュレーションインフラストラクチャを開発するためのリソースを欠いている商用打ち上げプロバイダーにとって、LAVAへのアクセスは意味のある能力向上を表す。このツールは次世代打ち上げ車両の開発スケジュールを加速し、より信頼できるテスト前予測を可能にすることで、高額な物理テスト キャンペーンの頻度を減らすことができる。
この記事はNASAのレポートに基づいている。元の記事を読む。
Originally published on nasa.gov
