از آپولو تا آرتمیس و پیشبرد فرود در ماه با ابررایانه های ناسا

ماموریت‌های آرتمیس ناسا با استفاده از فرودگرهای بزرگ‌تر ماه، با خطرات بیشتری برای فرود و بلند شدن مواجه هستند.

مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا ابزارهای شبیه‌سازی را برای پیش‌بینی و مدیریت این چالش‌ها توسعه داده و از ماموریت‌های ماهری ایمن‌تر اطمینان حاصل می‌کند و این ابزارها با موفقیت در برابر داده های تاریخی ماموریت آپولو تایید شده اند.

از طریق آرتمیس، NASA قصد دارد با مأموریت های انسانی و روباتیک در سطح ماه، بیشتر از هر زمان دیگری از ماه را کاوش کند. از آنجایی که فرودگرهای آینده بزرگتر و مجهز به موتورهای قدرتمندتر از فرودگرهای آپولو خواهند بود، خطرات ماموریت مرتبط با عملیات آنها در هنگام فرود و بلند شدن به طور قابل توجهی بیشتر است.

با هدف آژانس برای ایجاد حضور پایدار انسانی در ماه، برنامه ریزان ماموریت باید بفهمند که فرودگرهای آینده چگونه با سطح ماه در هنگام برخورد با مناظر ناشناخته ماه، تعامل دارند.

پیچیدگی های فرود در ماه

فرود روی ماه دشوار است، هنگامی که مأموریت ها خدمه و محموله ها را به سطح ماه می فرستند، فضاپیماها فرود خود را با شلیک (روشن شدن) موتورهای موشک کنترل می کنند تا با کشش گرانشی ماه مقابله کنند.

این اتفاق در یک محیط شدید که تکرار و آزمایش آن بر روی زمین دشوار است، یعنی ترکیبی از گرانش کم، بدون جو، و ویژگی‌های منحصربه‌فرد سنگ سنگی قمری - لایه‌ای از غبار ریز، سست و سنگ روی سطح ماه اتفاق می‌افتد.

محققان مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل، آلاباما شبیه سازی از ستون های موتور فرودگر آپولو 12 در تعامل با سطح ماه تولید کردند. این انیمیشن آخرین نیم دقیقه فرود قبل از قطع شدن موتور را به تصویر می‌کشد و نیروهای پیش‌بینی‌شده توسط ستون‌ها را روی یک سطح محاسباتی صاف نشان می‌دهد.

به عنوان تنش برشی شناخته می شود، این مقدار نیروی جانبی یا جانبی است که بر روی یک منطقه تنظیم شده اعمال می شود، و علت اصلی فرسایش در جریان سیالات در سطح یک سطح است، در (تصویر زیر) الگوهای شعاعی نوسان، شدت تنش برشی پیش‌بینی‌شده را نشان می‌دهند، تنش برشی کمتر بنفش تیره و تنش برشی بالاتر زرد است.

خطرات و چالش های ناشی از فرود و بلند شدن

هر بار که یک فضاپیما فرود می‌آید یا بلند می‌شود، موتورهای آن توده‌های گاز داغ مافوق صوت را به سمت سطح منفجر (احتراق موتور موشک) می‌کنند و نیروهای شدید گرد و غبار را پرتاب می‌کنند و سنگ‌ها یا دیگر زباله‌ها را با سرعت بالا به بیرون پرتاب می‌کنند.

این می تواند خطراتی مانند موانع بصری و ابرهای گرد و غبار ایجاد کند که می تواند در ناوبری و ابزار دقیق علمی اختلال ایجاد کند یا به فرودگر و دیگر سخت افزارها و سازه های مجاور آسیب برساند.

علاوه بر این ستون ها می توانند سطح زیر فرودگر را فرسایش دهند.

اگرچه دهانه‌هایی برای فرودگرهای در مقیاس آپولو شکل نگرفتند، اما مشخص نیست که فرودگرهای بزرگ‌تری که برای مأموریت‌های آتی آرتمیس برنامه‌ریزی می‌شوند تا چه اندازه سطح را فرسایش می‌دهند و آیا به سرعت باعث ایجاد دهانه در منطقه فرود می‌شوند که ثبات فرودگر و فضانوردان را به خطر می‌اندازد.

ابزارهای شبیه سازی پیشرفته ناسا

محققان مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا در هانتسویل، آلاباما، برای بهبود درک خود از تعاملات توده-سطح (PSI)، ابزارهای نرم افزاری جدیدی را برای پیش بینی محیط های PSI برای پروژه ها و ماموریت های ناسا، از جمله سیستم فرود انسانی، خدمات باربری ماه تجاری، توسعه داده اند.

ابتکار عمل و فرودگرهای آینده مریخ. این ابزارها در حال حاضر برای پیش‌بینی دهانه‌ها و تاریکی بصری در مأموریت‌های ماه آینده مورد استفاده قرار می‌گیرند و به ناسا کمک می‌کنند تا خطرات فضاپیما و خدمه را در طول مأموریت‌های فرود آتی به حداقل برساند.

اعتبارسنجی شبیه سازی ها با داده های آپولو

تیم مارشال NASA اخیراً شبیه‌سازی از ستون‌های موتور فرودگر آپولو 12 در تعامل با سطح و فرسایش پیش‌بینی‌شده که دقیقاً با آنچه در هنگام فرود اتفاق افتاد مطابقت دارد، تولید کردند.

این انیمیشن آخرین دقیقه (30 ثانیه آخر) فرود قبل از قطع شدن موتور را به تصویر می‌کشد و نیروهای پیش‌بینی‌شده توسط ستون‌ها را بر روی یک سطح محاسباتی صاف نشان می‌دهد.

که به عنوان تنش برشی شناخته می شود، این مقدار نیروی جانبی یا جانبی است که بر روی یک منطقه تنظیم شده اعمال می شود، و علت اصلی فرسایش در جریان سیالات در سطح یک سطح است.

در (تصویر زیر) الگوهای شعاعی نوسان، شدت تنش برشی پیش‌بینی‌شده را نشان می‌دهند. تنش برشی کمتر بنفش تیره و تنش برشی بالاتر زرد است.

برای این تحقیق چارچوب مدل فرسایش دانه‌ای گاز درون‌یابی نزولی (DIGGEM) از طریق برنامه تحقیقاتی نوآوری کسب‌وکارهای کوچک ناسا در اداره مأموریت فناوری فضایی ناسا (STMD) در واشنگتن و توسط پروژه مطالعات سطحی پرده‌های قمری دوربین‌های استریو تأمین مالی شد که توسط مرکز تحقیقات لانگلی ناسا همپتون، ویرجینیا مدیریت می شود که توسط STMD نیز تامین می شود.

کد Loci/CHEM+DIGGEM از طریق پشتیبانی مستقیم از پروژه‌های پروازی در برنامه سیستم فرود انسانی که توسط اداره مأموریت توسعه سیستم‌های اکتشافی ناسا (ESDMD) در واشنگتن و همچنین دفتر استراتژی و معماری در ESDMD تأمین می‌شود، بیشتر اصلاح شد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.