Le Dr Patrick Shea inspecte un modèle de près de 4 3/4 pieds (1,3% à l'échelle) de la deuxième génération du système de lancement spatial de la NASA dans une soufflerie pour des tests d'ascension au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley, Californie. Les tests aideront à déterminer le plus grand, le comportement de la fusée plus puissante lorsqu'elle monte et accélère à travers le mur du son après le lancement. Pour tester également une nouvelle méthode de mesure optique, Les ingénieurs d'Ames ont enduit le modèle SLS de peinture sensible à la pression instable, qui sous l'éclairage brille plus ou moins en fonction de la pression de l'air agissant sur différentes zones de la fusée. Karité, qui vient du Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie, était responsable des essais aérodynamiques SLS pour les travaux à Ames. Crédit :NASA/Ames/Dominic Hart
Au fur et à mesure que les moteurs sont allumés, logiciel écrit et matériel soudé pour préparer le premier vol du Space Launch System (SLS) de la NASA, les ingénieurs effectuent déjà des tests dans des souffleries supersoniques pour développer la prochaine, version plus puissante du lanceur le plus avancé au monde, capable de transporter des humains vers des destinations spatiales lointaines.
"L'aéronautique ouvre la voie dans la conception d'une nouvelle fusée, " a déclaré Jeff Bland, Ingénieur en chef de la discipline SLS pour les structures et environnements de véhicules intégrés au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama. "La première étape de tout voyage pour un vaisseau spatial lancé depuis la Terre est un vol à travers notre atmosphère."
La fabrication est bien avancée sur la configuration initiale de SLS. Il mesure 322 pieds de haut et peut soulever 70 tonnes métriques (77 tonnes). Pour le premier vol d'essai de SLS, la fusée emportera un vaisseau spatial Orion sans équipage au-delà de la lune, puis reviendra sur Terre, déployer 13 petits satellites scientifiques et technologiques dans l'espace lointain pendant le voyage.
Les nouveaux tests en soufflerie concernent la deuxième génération de SLS. Il offrira une capacité de levage de 105 tonnes métriques (115 tonnes) et mesurera 364 pieds de haut dans la configuration de l'équipage, soit plus que le Saturn V qui a lancé des astronautes en mission sur la lune. L'étage central de la fusée sera le même, mais la nouvelle fusée comportera un étage supérieur d'exploration puissant. Lors du deuxième vol de SLS avec Orion, la fusée transportera jusqu'à quatre astronautes en mission autour de la lune, dans le terrain d'essai dans l'espace lointain pour les technologies et les capacités nécessaires au voyage vers Mars de la NASA.
Des modèles réduits de la fusée améliorée dans les configurations d'équipage et de fret sont soigneusement positionnés dans des souffleries pour des programmes d'essais afin d'obtenir les données nécessaires pour affiner la conception de la fusée et de ses systèmes de guidage et de contrôle, a déclaré le Dr John Blevins, Ingénieur en chef SLS pour l'aérodynamique et l'acoustique chez Marshall. Au cours de centaines d'essais au Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie, et le centre de recherche Ames dans la Silicon Valley, Californie, les ingénieurs mesurent les forces et les charges que l'air induit sur le lanceur pendant chaque phase de sa mission.
"Tous les environnements aérodynamiques critiques, à partir du moment où la fusée améliorée quitte le bâtiment d'assemblage de véhicules à Cap Canaveral pour se lancer, l'accélération à travers le mur du son et la séparation des boosters à plus de Mach 4 sont évaluées dans ces quatre tests, " dit Blevins.
Les tests d'ascension achevés à Ames en novembre ont déterminé le comportement de la fusée lors de sa montée après le lancement, et le type d'instructions à programmer dans l'ordinateur de vol de la fusée pour le guidage et le contrôle lorsque la fusée passe en vol transsonique. Par exemple, les tests détermineront quelles commandes le pilote automatique enverra aux buses de la fusée pour corriger le vent ou d'autres facteurs et maintenir le cap.
Les tests de buffet à Langley en novembre se sont principalement concentrés sur le comportement de la version cargo de la fusée améliorée lorsqu'elle se déplace dans l'atmosphère juste en dessous de la vitesse du son, approchant environ 800 milles à l'heure, passe ensuite au vol supersonique. Alors que la fusée approche de la vitesse du son, les ondes de choc se forment et se déplacent le long de différents points du véhicule de lancement. Ces ondes de choc peuvent provoquer des tremblements, tremblement, vibrations et charges instables pouvant entraîner des dommages ou des changements de cap qui doivent être corrigés, dit Blevins.
La prochaine génération du système de lancement spatial de la NASA mesurera 364 pieds de haut dans la configuration de l'équipage, offrira une capacité de levage de 105 tonnes métriques (115 tonnes) et comportera un puissant étage supérieur d'exploration. Lors du deuxième vol de SLS avec Orion, la nouvelle fusée transportera jusqu'à quatre astronautes en mission autour de la lune, dans le terrain d'essai dans l'espace lointain pour les technologies et les capacités nécessaires au voyage vers Mars de la NASA. Crédit :NASA
La version cargo de la fusée améliorée a un carénage lisse au-dessus de l'étage supérieur d'exploration au lieu du vaisseau spatial Orion et du système d'abandon de lancement, des essais séparés en soufflerie sont donc nécessaires. Des tests similaires prévus pour l'automne 2017 à Langley incluront l'observation de cette oscillation de choc transsonique et des secousses sur la version équipage de la fusée, à la fois à des vitesses subsoniques et à des nombres de Mach plus élevés. A Mach 1,5 ou 2, les vagues se terminent, ou rester aux mêmes points sur la fusée pour le reste du vol, mais ils continuent à changer d'angle et de force.
Ces tests en soufflerie sont critiques, Blevins a dit, parce que l'emplacement et le comportement temporel de ces ondes de choc sont difficiles à prévoir avec la dynamique des fluides numérique, ils doivent être observés et mesurés.
Deux autres séries d'essais sont prévues à Langley. Le premier au début de 2017 fournira des données pour s'assurer que, lorsque les deux propulseurs à poudre du SLS se séparent de la fusée pendant l'ascension, ils ne rentrent pas en contact avec le véhicule. Ces tests sont complexes, Blevins a dit, car les modèles de l'étage central de la fusée et chacun des deux boosters sont instrumentés séparément, et même la dynamique des petits moteurs de fusée qui larguent les boosters sont simulées.
Ensuite, les tests de transition au décollage, programmé en été. Ces tests comprendront l'évaluation des effets des vents sur la fusée pendant qu'elle attend sur le pad, et la présence du lanceur mobile et de la tour pendant le décollage. La dérive du véhicule lorsqu'il passe devant la tour doit être contrôlée pour éviter les dommages et parce que le son qui rebondit sur le coussin peut provoquer des vibrations dommageables.
"Nous prévoyons qu'à la fin de cette série de tests, nous aurons toutes les données de vol aérodynamiques nécessaires pour la fusée améliorée, " dit-il. " Nous serons prêts pour le premier vol avec équipage, ciblé dès 2021, et les vols suivants."
Les ingénieurs de la NASA se sont également associés à CUBRC Inc. de Buffalo, New York, d'utiliser un type spécial de soufflerie pour mieux comprendre et analyser comment le SLS se réchauffe lors de son ascension dans l'espace. Un modèle de la fusée a été utilisé dans la première phase d'essais de chauffage aérodynamique dans le tunnel de choc national à grande énergie (LENS-II) de la CUBRC en septembre. Une deuxième phase de tests est prévue pour les modèles du SLS en version équipage et cargo, début 2017.
Les essais en soufflerie SLS sont en grande partie un effort inter-agences résultant en des informations et de nouvelles techniques d'essai qui profitent également à d'autres programmes de fusées et aérospatiaux, a déclaré le Dr Patrick Shea. Il est basé à Langley, mais a servi de chef d'essai d'aérodynamique SLS pour les essais d'ascension transsonique récemment achevés dans les installations d'Ames.
Par exemple, l'équipe d'aérodynamique d'Ames développe une méthode de mesure optique impliquant une peinture sensible à la pression instable. Lors d'un essai, des lumières et des caméras spéciales observeront les changements dans la fluorescence de la peinture, indiquant la force des forces aérodynamiques agissant le long de différentes zones de la fusée ou de l'article d'essai. Ames a pu profiter de la présence du modèle de fusée SLS pour effectuer ses propres tests à l'aide de la peinture.
"Pour beaucoup de travaux d'aéro-acoustique et de buffet, nous instrumentons les modèles avec des centaines de capteurs de pression. Si nous pouvons commencer à passer à une technique plus optique telle que la peinture sensible à la pression dynamique, ça va vraiment faire de bons pas en avant, " a déclaré Shea. " Cela a fini par être une très belle intégration de leur technique de test et de notre campagne de tests. "
