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NASA mejora el análisis de choques y vibraciones

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Ilustracja: NASA
NASA/Clayton Rougelot

Los cohetes vibran, tiemblan y flexionan intensamente mientras ascienden al espacio, y las naves espaciales repletas de delicados instrumentos científicos deben sobrevivir a esas fuerzas. Antes de que cualquier cohete despegue del suelo, los ingenieros de la NASA trabajan para predecir cómo esas tensiones afectarán a cada parte de una nave.

Para ello, los ingenieros del Grupo de Entornos Dinámicos de la Oficina de Programas de Servicios de Lanzamiento de la NASA en el Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida han optimizado la forma en que aseguran que las naves espaciales y cohetes puedan soportar vibraciones intensas, choques, esfuerzos u otras fuerzas físicas, reforzando la seguridad de la misión en el proceso.

Utilizando una herramienta digital comercial de software de una manera innovadora, los ingenieros desarrollaron un flujo de trabajo estandarizado de modelado para el modelado por elementos finitos con el fin de reforzar el análisis de choques y vibraciones y asegurar que el hardware esté preparado para los entornos extremos de lanzamiento y ascenso.

"Este método informático ayuda a predecir cómo se comportan los cohetes y las naves espaciales en condiciones extremas antes de que se construya el hardware y ayuda a identificar puntos débiles y posibles riesgos de fallo a tiempo para que el equipo pueda abordar los hallazgos", dijo Brian Beaver, jefe de la División de Análisis de Vuelo de la Oficina del Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA Kennedy.

El equipo utilizó recientemente el software por primera vez al certificar el cohete de un proveedor comercial seleccionado para una misión de la NASA. El socio comercial proporcionó pruebas de vibración pero no pruebas de choque. El Grupo de Entornos Dinámicos determinó que eran necesarias pruebas de choque y utilizó una plantilla creada para realizar comparaciones hipotéticas, visualizar el comportamiento estructural y responder preguntas complejas que en el pasado habrían requerido un extenso modelado manual. El equipo verificó los resultados de las pruebas de la empresa para entornos de vuelo, y el análisis aportó nuevas perspectivas sobre el impacto en el transporte.

"Estamos usando una herramienta que existe desde hace décadas, pero que normalmente no es utilizada por las disciplinas de entornos dinámicos", dijo Alex Hardt, ingeniero aeroespacial de la Oficina del Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA Kennedy. "Pero estamos cambiando eso. La estamos usando en un área relativamente nueva de la dinámica."

Aunque los cohetes y las naves espaciales están diseñados para absorber golpes y vibraciones, esas fuerzas pueden causar desgaste o incluso fallos de vuelo, especialmente durante el lanzamiento y el ascenso.

"Definimos cuán graves son los niveles aleatorios de vibración y de impacto, y luego verificamos que todas las piezas que se van a colocar en futuros cohetes hayan sido probadas hasta esos niveles, maximizando así su longevidad", dijo Hardt.

Durante décadas, los ingenieros han estimado los entornos de choque y vibración utilizando reglas generales o escalando datos previos para estimar cómo se vería afectado cada componente del cohete o equipo de la nave una vez ensamblado y volado. El enfoque funcionó, pero dependió en gran medida del juicio de ingeniería y de simples aproximaciones extraídas de misiones anteriores.

Como la mayoría de los entornos dinámicos utilizan herramientas de modelado por elementos finitos con poca frecuencia, a menudo necesitan reaprender flujos de trabajo complejos. El software reemplaza herramientas antiguas y proporciona una plantilla estándar que guía a los ingenieros de forma más rápida y exhaustiva a través de perfiles de vibración y condiciones de impacto.

El análisis por elementos finitos es una poderosa técnica de simulación que descompone una estructura compleja en componentes más pequeños para que los ordenadores puedan predecir con precisión cómo una nave espacial o un cohete podría responder a fuerzas o entornos de lanzamiento específicos. Esto es importante porque los problemas pueden abordarse en tierra; una vez que el cohete abandona la plataforma de lanzamiento, la mayoría de los problemas no pueden repararse ni corregirse, por lo que la identificación temprana es esencial.

"Lo hemos usado para obtener información muy valiosa muy rápidamente sobre cómo verificar el sistema de un proveedor", dijo Hardt. "Ya nos ha proporcionado una visión muy profunda sobre algo que normalmente requiere mucho esfuerzo."

Hardt afirma que la capacidad de visualizar problemas dinámicos no intuitivos usando modelos de elementos finitos también resalta el valioso impacto del software en el aprendizaje, la eficiencia y la alineación con la cultura centrada en las personas de la NASA. El flujo de trabajo puede ayudar a los ingenieros a compartir conocimientos, perfeccionar evaluaciones con datos adicionales de vuelo y aumentar la competencia con herramientas de modelado. Esta capacidad ya ha ahorrado meses al permitir que el equipo realice análisis de forma independiente sin tener que solicitar ni esperar informes o datos de análisis, y ayudándoles a identificar riesgos que antes no se habían considerado.

La Oficina del Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA es responsable de lanzar cohetes que entregan naves espaciales que observan la Tierra, visitan otros planetas y exploran el universo, desde satélites meteorológicos hasta telescopios espaciales y rovers marcianos. El equipo está adoptando constantemente nuevas herramientas como esta para ofrecer a la agencia la mayor probabilidad práctica de éxito en cada misión.

Fuente: NASA · Comunicado original

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