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Les supercalculateurs de la NASA prédisent la variation des vibrations suivant l'altitude lors d'un abandon au lancement.

27 Novembre 2021 , Rédigé par De Martino Alain

Le système d'abandon de lancement d'Orion fait partie intégrante de la garantie de la sécurité des astronautes en éloignant le module d'équipage de la fusée en une fraction de seconde si une urgence survient pendant le lancement. Cette fonction d'abandon est alimentée par un moteur de fusée solide installé sur la tour d'abandon. Et ce moteur produit des panaches d'échappement à grande vitesse, chauds et des turbulences qui s'écoulent le long des flans d'Orion. Ils créent alors des ondes de pression intenses qui peuvent provoquer des vibrations dans la structure combinée du système d'interruption au lancement et du vaisseau spatial Orion lorsqu'il sont éloignés de la fusée.

Des chercheurs de la NASA ont donc analysé ces vibrations pour s'assurer que le système ne se désintègre pas en vol. L'altitude, la vitesse, la direction et l'orientation de la fusée changeant constamment pendant l'ascension, ces facteurs affectent la force et l'étendue des vibrations acoustiques générées par les panaches du moteur. Le système doit donc pouvoir fonctionner dans des conditions extrêmement différentes.

Les chercheurs du centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie ont utilisé leur logiciel de calcul de dynamique des fluides de pointe appelé LAVA (Launch, Ascent, and Vehicle Aerodynamics) pour prédire et mieux comprendre comment différents scénarios d'abandon - de la rampe de lancement à la frontière de l'espace - affecteront les niveaux de vibration.

Ils ont effectué trois simulations dans lesquelles l’abandon s'est produit dans des circonstances différentes :

- Au début du vol, à basse altitude, près de la vitesse du son où l'orientation de la fusée est mal aligné avec sa direction de vol.

- Plus tard, alors que la fusée est toujours à basse altitude mais se déplace plus vite que la vitesse du son.

- Avant d'atteindre l'espace où la fusée voyage encore dans l’atmosphère mais à très haute altitude et à près de cinq fois la vitesse du son. 

Ces prédictions de dynamique des fluides numériques aident à réduire l'incertitude des scénarios d'avortement difficiles ou trop coûteux à tester, comme l'abandon quasi hypersonique à haute altitude, contribuant ainsi à réduire les risques et à garantir la sécurité des astronautes.

La vidéo ci-dessous a été réalisée à partir d'une simulation d'abandon au lancement déclenchée à basse altitude lors d'un déplacement à une vitesse supersonique. Ce scénario est identique au premier segment de combustion du test en vol Ascent Abort-2 réalisé en juillet 2019, mais se déroule à une altitude plus basse.

La vidéo montre des particules animées qui suivent littéralement le flux des panaches. Ces particules semblent sortir de la tuyère du moteur de fusée solide du système d'abandon et représentent les panaches d'échappement chauds et turbulents du moteur d'abandon. Les panaches s'écoulent sur le côté du véhicule et génèrent de fortes vibrations sur le véhicule. Pour visualiser ces vibrations, les particules et la surface du véhicule sont codées par couleur par pression, le rouge indiquant la pression la plus élevée et le bleu foncé représentant la pression la plus basse.

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