Ketika tiba saatnya bagi NASA untuk mengirim astronot kembali ke Bulan dan ke Mars, sejumlah sistem pesawat ruang angkasa baru akan ikut bermain. Ini termasuk Space Launch System (SLS), roket paling kuat yang pernah dibuat, dan Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) - pesawat ruang angkasa generasi berikutnya yang akan membawa kru di luar Low Earth Orbit (LEO).
Secara alami, sebelum salah satu dari sistem ini dapat melakukan misi, pengujian ekstensif perlu dilakukan untuk memastikan mereka aman dan akan bekerja dengan baik. Dalam semangat ini, para ilmuwan penelitian NASA Advanced Supercomputing (NAS) saat ini sedang melakukan simulasi dan visualisasi yang sangat rinci untuk memastikan bahwa Peluncuran Abort Vehicle (LAV) pesawat ruang angkasa Orion akan menjaga kru tetap aman, jika terjadi keadaan darurat saat lepas landas.
Pada dasarnya, LAV adalah konfigurasi gabungan dari Orion Launch Abort System (LAS) dan modul kru, dan dirancang untuk membuat kru aman jika terjadi keadaan darurat di landasan peluncuran atau selama dua menit pertama penerbangan. Teknik-teknik simulasi dan visualisasi ini, yang dilakukan dengan superkomputer Pleiades di Pusat Penelitian NASA Ames, memperkirakan bagaimana getaran akan memengaruhi kendaraan abortus peluncuran pesawat ruang angkasa Orion saat lepas landas.
Tidak hanya tes ini yang membantu upaya desain motor Orion LAV (upaya kolaborasi antara NASA dan kontraktor utama Orion Lockheed Martin), mereka juga agak belum pernah terjadi sebelumnya sejauh pengembangan pesawat ruang angkasa berlangsung. Sebagaimana Francois Cadieux, seorang ilmuwan riset di NAS Computational Aerosciences Branch, menjelaskan:
“Ini adalah salah satu pertama kali di mana teknik simulasi eddy besar (LES) telah digunakan dalam analisis dan desain pesawat ruang angkasa skala penuh di NASA. Saya senang berperan dalam proyek eksplorasi ruang angkasa besar manusia berikutnya dari agensi ini — karya ini membawa LES ke titik di mana ia dapat memberikan prediksi yang akurat dalam waktu penyelesaian yang cukup singkat untuk memandu desain Orion. "
Sebelumnya, penggunaan alat kesetiaan yang tinggi ini sebagian besar terbatas pada penelitian akademis, dan bukan sesuatu yang bisa dimanfaatkan oleh kontraktor industri swasta. Bersama dengan Michael Barad - seorang insinyur aerospace di Ames Research Center - Cadieux menghasilkan berbagai simulasi dinamika fluida komputasional (CFD) yang menyelesaikan turbulensi dengan menggunakan perangkat lunak Launch Ascent dan Vehicle Aerodynamics (LAVA) yang dikembangkan NAS.
Mereka dibantu oleh para ahli visualisasi NAS, yang membantu para peneliti mengidentifikasi berbagai jenis vortisitas yang dapat menyebabkan kebisingan dan getaran. Dengan menggunakan data simulasi ini, para ahli visualisasi menciptakan serangkaian gambar dan film berkualitas tinggi yang menggambarkan dinamika aliran seperti apa yang akan dialami Orion LAS selama peluncuran dibatalkan. Seperti yang dijelaskan Cadieux:
“Dari visualisasi ini, kami dapat mengidentifikasi area dengan beban getaran tinggi pada kendaraan, dan sumbernya. Apa yang kami pelajari adalah bahwa kebisingan yang berasal dari turbulensi bulu-bulu itu jauh lebih tinggi daripada kebisingan apa pun yang dihasilkan dari interaksinya dengan gelombang kejut yang terpasang. ”
Video di bawah ini menunjukkan simulasi skenario pendakian abort, di mana LAS telah terlepas dari SLS dan bergerak mendekati kecepatan suara. Proses aborsi dimulai dengan penyalaan motor LAS dan kemudian melambat ketika kondisi tekanan dan aliran udara menjadi sangat keras.
Bulu berwarna menunjukkan tekanan tinggi (merah) dan tekanan rendah (biru), dengan piksel berubah dari biru menjadi merah (dan sebaliknya) sehubungan dengan gelombang tekanan yang menyebabkan getaran pada kendaraan (putih). Daerah di mana warna berubah tiba-tiba, tetapi umumnya tetap biru atau merah seiring waktu, menunjukkan adanya gelombang kejut. Pada akhirnya, simulasi ini secara langsung berdampak pada desain pesawat ruang angkasa dan akan membantu memastikan keselamatan astronot dan kinerja pesawat ruang angkasa.
"Kami masih mengajukan banyak pertanyaan," kata Cadieux. “Seperti, bagaimana beban pada permukaan LAV berubah pada sudut serangan yang lebih tinggi? Bagaimana cara terbaik kami menggunakan data dari uji terowongan angin untuk memprediksi beban untuk kondisi penerbangan aktual di mana kendaraan berakselerasi? "
Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini akan digunakan untuk merancang seri berikutnya tes tanah, tes mockup kru, dan tes penerbangan kritis, yang akan mempersiapkan pesawat ruang angkasa Orion untuk misi kru pertamanya - Misi Eksplorasi 2 (EM-2). Misi ini, yang dijadwalkan untuk diluncurkan pada 2023, akan terdiri dari empat anggota kru yang melakukan penerbangan lintas bulan dan memberikan komponen pertama untuk Deep Space Gateway.
Pastikan untuk melihat video simulasi juga, milik Pusat Penelitian NASA Ames:
