مسیر شلوغ ناسا به سوی ماه

ناسا از طریق پروژه «آرتمیس» برای اکتشافات علمی، منافع اقتصادی و ایجاد مبنای اولین ماموریت‌های سرنشین‌دار به مریخ، فضانوردانی را به ماه اعزام خواهد کرد اما این پروژه نیازمند طی کردن یک مسیر طولانی است.

به گزارش ایسنا، تلاش ناسا برای رسیدن به ماه ادامه دارد و یک مسیر پرپیچ‌وخم در برابر این آژانس فضایی قرار گرفته است.

به نقل از ناسا، یکی از جاده‌های بسیاری که به ماموریت‌های موفقیت‌آمیز «آرتمیس»(Artemis) منتهی می‌شوند، با تراشه‌های محاسباتی پیشرفته به نام ابرتراشه‌ها هموار شده است. در طول این مسیر، همکاری بین مهندسان تونل باد ناسا، دانشمندان متخصص تجسم داده‌ها و توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، یک راه‌حل سریع و مقرون‌به‌صرفه را با هدف بهبود موشک «سامانه پرتاب فضایی»(SLS) ناسا برای ماموریت آتی «آرتمیس ۲» تأیید کرد. آرتمیس ۲ اولین پرواز سرنشین‌دار موشک سامانه پرتاب فضایی و کپسول فضایی «اوریون»(Orion) در یک سفر تقریباً ۱۰ روزه به دور ماه خواهد بود.

یک اتصال شبکه‌ای پرسرعت بین منابع محاسباتی پیشرفته در «مرکز ابررایانه پیشرفته» و «طرح واحد تونل باد» ناسا که هر دو در «مرکز تحقیقات ایمز» این آژانس فضایی در سیلیکون ولی کالیفرنیا واقع شده‌اند، امکان همکاری را برای بهبود موشک ماموریت آرتمیس ۲ فراهم می‌کند. در طول پرواز آزمایشی آرتمیس ۱، موشک سامانه پرواز فضایی در نزدیکی نقاط اتصال تقویت‌کننده موشک سوخت جامد، ارتعاشات بیش از حد انتظاری را تجربه کرد که ناشی از جریان هوای ناپایدار بود.

یکی از راه‌حل‌های پیشنهادی برای آرتمیس ۲، اضافه کردن چهار «استریک»(Strake) بود. استریک یک ساختار نازک و باله‌مانند است که معمولاً در هواپیماها برای بهبود جریان هوای ناپایدار و حفظ پایداری استفاده می‌شود. اضافه کردن استریک‌ها به مرحله اصلی، ارتعاش اجزا را به حداقل می‌رساند.

راه‌حل استریک از آزمایش‌های پیشین صورت‌گرفته در طرح واحد تونل باد الهام گرفته شده است که در آنها مهندسان ناسا روش «رنگ حساس به فشار ناپایدار»(uPSP) را روی مدل‌های سامانه پرتاب فضایی اعمال کردند. این رنگ، تغییرات فشار آیرودینامیک را روی هوا و فضاپیما در طول زمان نشان می‌دهد.

این رنگ روی مدل‌های آزمایشی اسپری می‌شود و دوربین‌های پرسرعت از نوسان روشنایی رنگ که مربوط به نوسانات فشار موضعی روی مدل است، فیلم می‌گیرند. ثبت تغییرات سریع فشار در نواحی وسیعی از مدل سامانه پرتاب فضایی، مهندسان را یاری می‌دهد تا تغییرات سریع محیط را درک کنند. داده‌ها از طریق اتصال شبکه پرسرعت به مرکز ابررایانه پیشرفته ناسا منتقل می‌شوند.

«توماس استوا»(Thomas Steva) مهندس ارشد مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا گفت: این روش به ما امکان می‌دهد تا داده‌های تونل باد را با جزئیات بسیار دقیق‌تری نسبت به گذشته ببینیم. با این وضوح بیشتر، مهندسان می‌توانند مدل‌های دقیق‌تری را از نحوه واکنش موشک‌ها و فضاپیماها به فشار به دست بیاورند و به طراحی سازه‌های قوی‌تر، ایمن‌تر و کارآمدتر کمک کنند.

پژوهشگران تونل باد برای پیکربندی سامانه پرتاب فضایی دارای استریک‌ها، رنگ را روی یک مدل مقیاس‌پذیر از موشک اعمال کردند. به محض این که داده‌های دوربین به مرکز ابررایانه منتقل شدند، گروهی از متخصصان نتایج تحلیل داده‌ها را روی سیستم «هایپروال»(Hyperwall) به نمایش درآوردند و نگاه بی‌سابقه‌ای را از تأثیر استریک‌ها بر عملکرد موشک به گروه متخصص سامانه پرتاب فضایی ارائه دادند. این گروه‌ها توانستند داده‌های مربوط به رنگ را تحلیل کنند.

ویدئوی زیر، یک شبیه‌سازی ابررایانه‌ای است که نمای نزدیکی را از موشک سامانه پرتاب فضایی هنگام صعود نشان می‌دهد.

«کوین مورفی»(Kevin Murphy) مدیر ارشد داده‌های علمی و سرپرست مجموعه قابلیت‌های محاسباتی پیشرفته ناسا گفت: قابلیت و امکانات محاسباتی پیشرفته ناسا همراه با امکانات منحصربه‌فرد مرکز تحقیقات ایمز به ما امکان می‌دهد تا با کوتاه کردن جدول زمانی، کاهش هزینه‌ها و تقویت طرح‌ها به روش‌هایی که مستقیماً از پروازهای فضایی ایمن انسان پشتیبانی می‌کنند، بهره‌وری را افزایش دهیم. ما به طور فعال از این قابلیت به منظور اطمینان یافتن از آماده بودن آرتمیس ۲ برای پرتاب استفاده می‌کنیم.

بهره‌گیری از اتصال پرسرعت بین طرح واحد تونل باد و مرکز ابررایانه پیشرفته ناسا، زمان معمول پردازش داده‌ها را از چند هفته به چند ساعت کاهش می‌دهد.

سال‌هاست که نرم‌افزار داخلی بخش ابررایانه‌های پیشرفته ناسا در طراحی و تأیید پیکربندی‌های گوناگون موشک سامانه پرتاب فضایی نقش داشته است.

ویدیوی زیر، دو شبیه‌سازی متفاوت را از موشک سامانه پرتاب فضایی به نمایش می‌گذارد.

«لارا لش»(Lara Lash) پژوهشگر مهندسی هوافضا در مرکز تحقیقات ناسا ایمز و سرپرست پروژه رنگ حساس به فشار ناپایدار گفت: توانایی کار با هایپروال و گروه تجسم داده‌ها، امکان تعامل حضوری و سریع با داده‌ها را فراهم می‌آورد و به ما کمک می‌کند تا اصلاحات تقریباً بلادرنگ را در پردازش انجام دهیم.

این بار، پژوهشگران از ابررایانه «کابئوس»(Cabeus) استفاده کردند که بزرگترین خوشه محاسباتی مبتنی بر GPU ناساست و ۳۵۰ ابرتراشه ساخت شرکت «انویدیا»(NVIDIA) را شامل می‌شود. این ابررایانه یک مجموعه‌ از شبیه‌سازی‌های پیچیده دینامیک سیالات را تولید کرد که به توضیح فیزیک اساسی پدیده جمع شدن استریک‌ها کمک کرد و توانست شکاف‌ها را بین مناطقی که دوربین‌ها و حسگرهای تونل باد نمی‌توانستند به آنها دسترسی پیدا کنند، پر کند.

این یک تلاش مشترک بین چندین گروه بود. «کریستین مورگان»(Kristin Morgan) مدیر تلاش‌های پیاده‌سازی استریک برای سامانه پرتاب فضایی در مرکز پروازهای فضایی مارشال گفت: زیبایی راه‌حل استریک این است که ما توانستیم استریک‌هایی را برای بهبود آیرودینامیک ناپایدار و سطوح ارتعاش مرتبط با اجزای داخل مخزن اضافه کنیم.

گروهی از متخصصان شرکت «بوئینگ»(Boeing) در حال حاضر در مرکز فضایی کندی ناسا به نصب استریک‌ها روی موشک مشغول هستند و اکتبر ۲۰۲۵ را برای تکمیل نصب هدف قرار داده‌اند.

*