Terwijl de motoren worden afgevuurd, software geschreven en hardware gelast ter voorbereiding op de eerste vlucht van NASA's Space Launch System (SLS), ingenieurs voeren al tests uit in supersonische windtunnels om de volgende te ontwikkelen, krachtigere versie van 's werelds meest geavanceerde draagraket dat mensen naar verre ruimtebestemmingen kan vervoeren.

"Luchtvaart loopt voorop bij het ontwerpen van een nieuwe raket, " zei Jeff Bland, SLS discipline hoofdingenieur voor Integrated Vehicle Structures &Environments bij NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. "De eerste etappe van elke reis voor ruimtevaartuigen die vanaf de aarde worden gelanceerd, is een vlucht door onze atmosfeer."

De productie van de eerste configuratie van SLS is in volle gang. Hij is 322 voet lang en kan 70 ton (77 ton) tillen. Voor de eerste testvlucht van SLS, de raket zal een onbemand Orion-ruimtevaartuig voorbij de maan vervoeren en dan terugkeren naar de aarde, tijdens de reis 13 kleine wetenschappelijke en technologische satellieten in de verre ruimte inzetten.

De nieuwe windtunneltests zijn voor de tweede generatie SLS. Het zal een hefvermogen van 105 metrische ton (115 ton) leveren en zal 364 voet lang zijn in de bemanningsconfiguratie - groter dan de Saturn V die astronauten op missies naar de maan lanceerde. De kern van de raket zal hetzelfde zijn, maar de nieuwere raket zal een krachtige verkenningstrap hebben. Op de tweede vlucht van SLS met Orion, de raket zal tot vier astronauten vervoeren op een missie rond de maan, in de deep-space proeftuin voor de technologieën en mogelijkheden die nodig zijn voor NASA's Journey to Mars.

Schaalmodellen van de opgewaardeerde raket in bemannings- en vrachtconfiguraties worden zorgvuldig in windtunnels geplaatst voor testprogramma's om gegevens te verkrijgen die nodig zijn om het ontwerp van de raket en zijn geleidings- en controlesystemen te verfijnen, zei Dr. John Blevins, SLS hoofdingenieur voor aerodynamica en akoestiek bij Marshall. Tijdens honderden testruns in NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia, en Ames Research Center in Silicon Valley, Californië, ingenieurs meten de krachten en belastingen die lucht op het lanceervoertuig induceert tijdens elke fase van zijn missie.

"Alle kritische aerodynamische omgevingen, vanaf het moment dat de verbeterde raket het Vehicle Assembly Building op Cape Canaveral verlaat om te lanceren, versnelling door de geluidsbarrière en boosterscheiding bij meer dan Mach 4 worden geëvalueerd in deze vier tests, ' zei Blevins.

Opstijgtesten die in november in Ames werden voltooid, bepaalden het gedrag van de raket tijdens het klimmen na de lancering. en het soort instructies dat in de raketvluchtcomputer moet worden geprogrammeerd voor begeleiding en controle terwijl de raket door transsone vlucht gaat. Bijvoorbeeld, de tests zullen bepalen welke commando's de stuurautomaat naar de straalpijpen van de raket stuurt om te corrigeren voor wind of andere factoren en om op koers te blijven.

De buffettests in Langley in november waren voornamelijk gericht op hoe de vrachtversie van de verbeterde raket zich gedraagt ​​terwijl deze door de atmosfeer beweegt met net onder de geluidssnelheid. nadert ongeveer 800 mijl per uur, gaat dan in supersonische vlucht. Als de raket de geluidssnelheid nadert, schokgolven bouwen zich op en bewegen langs verschillende punten van het lanceervoertuig. Deze schokgolven kunnen trillingen veroorzaken, schudden, trillingen en onstabiele belastingen die kunnen leiden tot schade of koersveranderingen die moeten worden gecorrigeerd, zei Blevins.

De vrachtversie van de verbeterde raket heeft een soepele stroomlijnkap boven de bovenste verkenningstrap in plaats van het Orion-ruimtevaartuig en het systeem voor het afbreken van de lancering. dus aparte windtunneltests zijn nodig. Soortgelijke tests die gepland zijn voor de herfst van 2017 in Langley, omvatten het observeren van deze transsone schokoscillatie en trillingen op de bemanningsversie van de raket, zowel bij subsonische snelheden als bij hogere Mach-getallen. Bij Mach 1.5 of 2, de golven eindigen, of de rest van de vlucht op dezelfde punten op de raket blijven, maar ze blijven van hoek en sterkte veranderen.

Deze windtunneltests zijn cruciaal, Blevins zei, omdat de locatie en het temporele gedrag van deze schokgolven moeilijk te voorspellen zijn met computationele vloeistofdynamica - ze moeten worden geobserveerd en gemeten.

In Langley staan ​​nog twee andere testreeksen gepland. De eerste in het begin van 2017 zal gegevens opleveren om ervoor te zorgen dat, aangezien de twee solide raketaanjagers van de SLS zich tijdens het opstijgen van de raket scheiden, ze komen niet meer in contact met het voertuig. Deze testen zijn complex, Blevins zei, omdat de modellen van de kerntrap van de raket en elk van de twee boosters afzonderlijk van instrumenten zijn voorzien, en zelfs de dynamiek van de kleine raketmotoren die de boosters overboord gooien, wordt gesimuleerd.

Het volgende zal de lanceringsovergangstest zijn, gepland in de zomer. Deze tests omvatten evaluatie van de effecten van wind op de raket terwijl deze op het pad wacht, en de aanwezigheid van de mobiele draagraket en toren tijdens de lancering. Het afdrijven van het voertuig terwijl het langs de toren rijdt, moet worden gecontroleerd om schade te voorkomen en omdat het geluid dat terugkaatst vanaf het kussen schadelijke trillingen kan veroorzaken.

"We verwachten dat we aan het einde van deze testreeks alle aerodynamische vluchtgegevens hebben die nodig zijn voor de opgewaardeerde raket, "zei hij. "We zullen klaar zijn voor de eerste vlucht met bemanning, gericht op 2021, en daaropvolgende vluchten."

NASA-ingenieurs hebben ook samengewerkt met CUBRC Inc. uit Buffalo, New York, om een ​​speciaal type windtunnel te gebruiken om beter te begrijpen en te analyseren hoe de SLS opwarmt terwijl deze de ruimte ingaat. Een model van de raket werd in september gebruikt in de eerste fase van aerodynamische verhittingstests in CUBRC's Large Energy National Shock Tunnel (LENS-II). Een tweede testfase is gepland voor modellen van de SLS in bemannings- en vrachtversies, begin 2017.

Het testen van de SLS-windtunnel is een inspanning van meerdere instanties, wat resulteert in informatie en nieuwe testtechnieken die ook andere raket- en ruimtevaartprogramma's ten goede komen, zei dr. Patrick Shea. Hij is gevestigd in Langley, maar diende als SLS-aërodynamica-testleider voor de transsone beklimmingstests die onlangs zijn voltooid in de Ames-faciliteiten.

Bijvoorbeeld, het aerodynamica-team van Ames ontwikkelt een optische meetmethode met Unsteady Pressure-Sensitive Paint. Tijdens een proef, speciale lichten en camera's zullen veranderingen in de fluorescentie van de verf waarnemen, die de sterkte aangeeft van aerodynamische krachten die langs verschillende delen van de raket of het testartikel werken. Ames kon profiteren van de aanwezigheid van het SLS-raketmodel om zijn eigen tests met de verf uit te voeren.

"Voor veel aero-akoestiek en buffetwerk, we instrumenteren de modellen met honderden druksensoren. Als we kunnen overstappen op een meer optische techniek zoals de dynamische drukgevoelige verf, het zal echt goede stappen voorwaarts maken, "Zei Shea. "Het werd uiteindelijk een heel mooie integratie van hun testtechniek en onze testcampagne."