NASA покращує аналіз ударів і вібрацій

Мова

Ilustracja: NASA — NASA/Clayton Rougelot

Ракети сильно вібрують, тремтять і гнутся, піднімаючись у космос, і космічні апарати, наповнені делікатними науковими приладами, повинні витримувати ці сили. Перед тим, як будь-яка ракета злетить із землі, інженери NASA працюють над прогнозуванням, як ці напруження вплинуть на кожну частину космічного апарата.

Для цього інженери з Групи динамічних середовищ у Офісі програм запускових послуг NASA в Космічному центрі Кеннеді у Флориді оптимізували те, як гарантувати, що космічні апарати та ракети витримують сильні вібрації, удари, навантаження чи інші фізичні сили, підвищуючи при цьому безпеку місії.

Використовуючи комерційний цифровий програмний інструмент по-новому, інженери розробили стандартизований робочий процес моделювання для моделювання скінченних елементів, щоб посилити аналіз ударів і вібрацій та забезпечити готовність апаратного забезпечення до екстремальних умов запуску та підйому.

«Цей комп'ютерний метод допомагає передбачити, як ракети та космічні апарати поводяться в екстремальних умовах до створення обладнання, і допомагає виявити слабкі місця та потенційні ризики відмов на ранніх етапах, щоб команда могла розібратися з результатами», — сказав Браян Бівер, керівник відділу аналізу польотів в Офісі програм запускових послуг NASA Kennedy.

Команда нещодавно вперше використала програмне забезпечення під час сертифікації ракети комерційного оператора запуску, обраної для місії NASA. Комерційний партнер надав тестування на вібрацію, але не тестування на ударні удари. Група Dynamic Environments визначила, що потрібне випробування ударами, і використала шаблон, створений групою для порівнянь «що якби», візуалізації структурної поведінки та відповідей на складні питання, які раніше вимагали б детального ручного моделювання. Команда перевірила результати тестування компанії для польотних умов, а аналіз надав нові інсайти щодо вирішення проблеми шоку під час транспортування.

«Ми використовуємо інструмент, який існує десятиліттями, але зазвичай його не використовують дисципліни динамічних середовищ», — сказав Алекс Хардт, аерокосмічний інженер з Офісу програм запускових послуг NASA Kennedy. «Але ми це змінюємо. Ми використовуємо його у відносно новій галузі динаміки.»

Хоча ракети та космічні апарати спроектовані для поглинання ударів і вібрацій, ці сили можуть спричинити знос або потенційно збої польоту, особливо під час запуску та підйому.

«Ми визначаємо, наскільки сильними будуть випадкові рівні вібрацій і ударів, а потім перевіряємо, що всі деталі майбутніх ракет були протестовані до цих рівнів, максимізуючи їхню довговічність», — сказав Хардт.

Десятиліттями інженери оцінювали умови ударів і вібрації за допомогою загальних правил або масштабування попередніх даних, щоб оцінити, як кожен компонент ракети чи обладнання космічного апарата буде уражений після збору та польоту. Підхід працював, але значною мірою спирався на інженерні оцінки та прості наближення, отримані з минулих місій.

Оскільки більшість інженерів динамічних середовищ рідко використовують інструменти скінченного моделювання, їм часто доводиться заново вчитися складним робочим процесам. Програмне забезпечення замінює старі інструменти та надає стандартний шаблон, який швидше та детальніше допомагає інженерам пройти через вібраційні профілі та умови удару.

Аналіз скінченних елементів — це потужна методика моделювання, яка розбиває складну структуру на менші компоненти, щоб комп'ютери могли точно передбачити, як космічний апарат або ракета може реагувати на певні сили або умови запуску. Це важливо, оскільки проблеми можна вирішувати на Землі; після того, як ракета залишає стартовий майданчик, більшість проблем не можна відремонтувати чи виправити, тому раннє виявлення є необхідним.

«Ми використали його, щоб дуже швидко отримати цінну інформацію про перевірку системи постачальника», — сказав Хардт. «Він уже дав глибоке розуміння того, що зазвичай вимагає багато зусиль.»

Хардт зазначає, що можливість візуалізувати неінтуїтивні динамічні задачі за допомогою скінченних елементівних моделей також підкреслює цінний вплив програмного забезпечення на навчання, ефективність і узгодження з культурою NASA, орієнтованої на людей. Робочий процес допомагає інженерам ділитися знаннями, вдосконалювати оцінки додатковими польотними даними та підвищувати рівень володіння інструментами моделювання. Ця можливість вже зекономила місяці, дозволяючи команді проводити аналіз самостійно без запиту та очікування аналітичних звітів чи даних, а також допомагаючи ідентифікувати ризики, які раніше не враховувалися.

Офіс програм запускових послуг NASA відповідає за запуск ракет, які доставляють космічні апарати, що спостерігають за Землею, відвідують інші планети та досліджують Всесвіт — від метеорологічних супутників до космічних телескопів і марсоходів. Команда постійно впроваджує нові інструменти, щоб надати агентству найвищі практичні шанси на успіх кожної місії.

Джерело: NASA · Оригінальне повідомлення