Il Dr. Patrick Shea ispeziona un modello di quasi 4 3/4 piedi (1,3% in scala) della seconda generazione dello Space Launch System della NASA in una galleria del vento per i test di ascesa presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, California. I test aiuteranno a determinare il più grande, comportamento del razzo più potente mentre sale e accelera attraverso la barriera del suono dopo il lancio. Per testare anche un nuovo metodo di misurazione ottica, Gli ingegneri di Ames hanno rivestito il modello SLS con vernice sensibile alla pressione instabile, che sotto l'illuminazione si illumina in modo più debole o più luminoso a seconda della pressione dell'aria che agisce su diverse aree del razzo. karitè, che proviene dal Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia, è stato il collaudatore aerodinamico SLS per il lavoro ad Ames. Credito:NASA/Ames/Dominic Hart
Quando i motori vengono accesi, software scritto e hardware saldato per preparare il primo volo dello Space Launch System (SLS) della NASA, gli ingegneri stanno già eseguendo test nelle gallerie del vento supersoniche per sviluppare il prossimo, versione più potente del veicolo di lancio più avanzato al mondo in grado di trasportare esseri umani verso destinazioni nello spazio profondo.
"L'aeronautica è all'avanguardia nella progettazione di un nuovo razzo, " ha detto Jeff Bland, Ingegnere capo della disciplina SLS per strutture e ambienti di veicoli integrati presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama. "La prima tappa di qualsiasi viaggio per un veicolo spaziale lanciato dalla Terra è un volo attraverso la nostra atmosfera".
La produzione è a buon punto sulla configurazione iniziale di SLS. È alto 322 piedi e in grado di sollevare 70 tonnellate (77 tonnellate). Per il primo volo di prova di SLS, il razzo trasporterà un'astronave Orion senza equipaggio oltre la luna e poi tornerà sulla Terra, dispiegando 13 piccoli satelliti scientifici e tecnologici nello spazio profondo durante il viaggio.
I nuovi test in galleria del vento sono per la seconda generazione di SLS. Fornirà una capacità di sollevamento di 105 tonnellate (115 tonnellate) e sarà alto 364 piedi nella configurazione dell'equipaggio, più alto del Saturn V che ha lanciato gli astronauti in missione sulla luna. Lo stadio principale del razzo sarà lo stesso, ma il nuovo razzo sarà caratterizzato da un potente stadio superiore di esplorazione. Sul secondo volo di SLS con Orion, il razzo trasporterà fino a quattro astronauti in missione intorno alla luna, nel banco di prova dello spazio profondo per le tecnologie e le capacità necessarie per il Viaggio su Marte della NASA.
I modelli in scala del razzo aggiornato nelle configurazioni dell'equipaggio e del carico vengono accuratamente posizionati nelle gallerie del vento per i programmi di test per ottenere i dati necessari per perfezionare la progettazione del razzo e i suoi sistemi di guida e controllo, disse il dottor John Blevins, Ingegnere capo SLS per l'aerodinamica e l'acustica presso Marshall. Durante centinaia di test eseguiti presso il Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia, e Ames Research Center nella Silicon Valley, California, gli ingegneri stanno misurando le forze ei carichi che l'aria induce sul veicolo di lancio durante ogni fase della sua missione.
"Tutti gli ambienti aerodinamici critici, da quando il razzo aggiornato lascia il Vehicle Assembly Building a Cape Canaveral per il lancio, In questi quattro test vengono valutate l'accelerazione attraverso la barriera del suono e la separazione del booster a un valore maggiore di Mach 4, " ha detto Blevin.
I test di ascesa completati ad Ames a novembre hanno determinato il comportamento del razzo mentre sale dopo il lancio, e il tipo di istruzioni da programmare nel computer di volo del razzo per la guida e il controllo mentre il razzo attraversa il volo transonico. Ad esempio, i test determineranno quali comandi l'autopilota invierà agli ugelli del razzo per correggere il vento o altri fattori e mantenere la rotta.
I test a buffet a Langley a novembre si sono concentrati principalmente su come si comporta la versione cargo del razzo aggiornato mentre si muove attraverso l'atmosfera appena al di sotto della velocità del suono, avvicinandosi a circa 800 miglia all'ora, poi si sposta in volo supersonico. Quando il razzo si avvicina alla velocità del suono, le onde d'urto si formano e si muovono lungo diversi punti del veicolo di lancio. Queste onde d'urto possono causare scuotimenti, tremante, vibrazioni e carichi instabili che potrebbero causare danni o cambiamenti di rotta che devono essere corretti, ha detto Blevin.
La prossima generazione dello Space Launch System della NASA sarà alta 364 piedi nella configurazione dell'equipaggio, fornirà una capacità di sollevamento di 105 tonnellate (115 tonnellate) e sarà caratterizzato da un potente stadio superiore di esplorazione. Sul secondo volo di SLS con Orion, il nuovo razzo trasporterà fino a quattro astronauti in missione intorno alla luna, nel banco di prova dello spazio profondo per le tecnologie e le capacità necessarie per il Viaggio su Marte della NASA. Credito:NASA
La versione cargo del razzo aggiornato ha una carenatura liscia sopra lo stadio superiore di esplorazione invece della navicella spaziale Orion e il sistema di interruzione del lancio, quindi sono necessari test separati nella galleria del vento. Test simili pianificati per l'autunno 2017 a Langley includeranno l'osservazione di questa oscillazione dello shock transonico e dei colpi sulla versione dell'equipaggio del razzo, sia a velocità subsoniche che a numeri di Mach più alti. A Mach 1.5 o 2, le onde finiscono, o rimanere negli stessi punti del razzo per il resto del volo, ma continuano a cambiare angolo e forza.
Questi test in galleria del vento sono critici, Blevins ha detto, poiché la posizione e il comportamento temporale di queste onde d'urto sono difficili da prevedere con la fluidodinamica computazionale, devono essere osservate e misurate.
Altre due serie di test sono previste a Langley. Il primo all'inizio del 2017 fornirà dati per garantire che, poiché i due propulsori a propellente solido dell'SLS si separano dal razzo durante l'ascesa, non tornano a contatto con il veicolo. Questi test sono complessi, Blevins ha detto, perché i modelli dello stadio principale del razzo e ciascuno dei due booster sono strumentati separatamente, e vengono simulate anche le dinamiche dei piccoli motori a razzo che scaricano i booster.
Il prossimo sarà il test di transizione al decollo, programmato in estate. Questi test includeranno la valutazione degli effetti dei venti sul razzo mentre è in attesa sul pad, e la presenza del lanciatore mobile e della torre durante il decollo. La deriva del veicolo mentre si muove oltre la torre deve essere controllata per evitare danni e poiché il suono che rimbalza dal pad può causare vibrazioni dannose.
"Ci aspettiamo che alla fine di questa serie di test avremo tutti i dati di volo aerodinamici necessari per il razzo aggiornato, " disse. "Saremo pronti per il primo volo con equipaggio, mirato già nel 2021, e voli successivi."
Gli ingegneri della NASA hanno anche collaborato con CUBRC Inc. di Buffalo, New York, utilizzare un tipo speciale di galleria del vento per comprendere e analizzare meglio come l'SLS si riscalda mentre sale nello spazio. Un modello del razzo è stato utilizzato nella prima fase dei test di riscaldamento aerodinamico nel Large Energy National Shock Tunnel (LENS-II) di CUBRC a settembre. È prevista una seconda fase di test per i modelli della SLS nelle versioni crew e cargo, all'inizio del 2017.
I test in galleria del vento SLS sono uno sforzo tra agenzie che porta a informazioni e nuove tecniche di test che avvantaggiano anche altri programmi aerospaziali e aerospaziali, ha detto il dottor Patrick Shea. Ha sede a Langley, ma ha servito come test lead di aerodinamica SLS per i test di ascesa transonica recentemente completati presso le strutture di Ames.
Per esempio, il team di aerodinamica di Ames sta sviluppando un metodo di misurazione ottica che coinvolge la vernice sensibile alla pressione instabile. Durante una prova, luci speciali e telecamere osserveranno i cambiamenti nella fluorescenza della vernice, che indica la forza delle forze aerodinamiche che agiscono lungo diverse aree del razzo o dell'articolo di prova. Ames ha potuto sfruttare la presenza del modello di razzo SLS per condurre i propri test utilizzando la vernice.
"Per molti lavori di aeroacustica e buffet, strumentiamo i modelli con centinaia di sensori di pressione. Se possiamo iniziare a passare a più di una tecnica ottica come la vernice sensibile alla pressione dinamica, farà davvero dei buoni passi avanti, "Ha detto Shea. "È stata una bella integrazione tra la loro tecnica di test e la nostra campagna di test".
