Quel est le problème avec les vibrations de fusée ?

Dans ma couverture du successeur de la navette spatiale de la NASA, la fusée Ares, et de la prochaine capsule d'équipage, Orion, je suis tombé sur un thème commun : les vibrations.

Bien que cela puisse sembler un concept simple, les vibrations ou les secousses peuvent avoir un effet très puissant sur l'avionique, le matériel et les humains à bord d'une fusée. Ils proviennent de sources telles que la poussée des moteurs à poudre ou des boosters au décollage et même pendant le vol, la combustion du propulseur de la fusée et la vitesse à laquelle la fusée se déplace - plus de quatre fois la vitesse du son.

Dan Kanigan de la NASA fait un excellent travail pour expliquer les vibrations et leur effet sur la fusée de vol d'essai Ares I-X dans cet article de blog . De plus, il parle de la solution de la NASA au problème.

La vibration produite par la combustion du propergol solide de la fusée dans le propulseur du premier étage est appelée oscillation de poussée. Ces vibrations - ou oscillations - se présentent sous la forme d'ondes, qui se déplacent le long de la fusée comme une note de musique à travers un tuyau d'orgue. L'un des plus grands défis de toute conception de fusée est le développement d'une avionique (électronique d'aviation) capable de fonctionner dans cet environnement vibrant.

Cependant, les vibrations ne sont pas seulement un problème de fusée. Tout le matériel électronique est testé pour sa capacité à gérer les chocs et les vibrations. Un lecteur MP3, par exemple, doit être testé pour sa capacité à gérer les vibrations d'une personne qui marche ou fait du jogging tout en le tenant, en le plaçant sur un plan de travail ou en le laissant tomber accidentellement sur le sol. Cependant, par rapport à l'entraînement que l'avionique d'Ares I-X reçoit, votre lecteur MP3 a la facilité. Imaginez que vous secouez ce lecteur MP3 à l'intérieur d'un agitateur de peinture automatique pendant deux minutes tout en continuant à jouer vos morceaux préférés. C'est un peu ce à quoi l'électronique de l'I-X est confrontée.

Jon Cowart, chef de projet adjoint pour Ares IX au Kennedy Space Center, a déclaré dans une interview plus tôt cette année, que la collecte de données telles que les données aérodynamiques, les contraintes, les contraintes, les pressions, les températures et les vibrations est la partie la plus importante de la mission de la fusée. , et il sera utilisé pour rendre l'Ares I encore meilleur.

Pourtant, l'Ares I-X n'est qu'un exemple. La NASA lutte contre le problème des vibrations depuis Apollo. Ensuite, de telles oscillations longitudinales causées par l'épuisement du booster du premier étage étaient appelées effet Pogo et étaient particulièrement gênantes pour Saturn V. Au cours d'un vol Apollo 6 sans pilote, un test critique avant que les vols habités puissent être approuvés, les vibrations ont en fait provoqué moteur principal à arrêter.

Les nouveaux systèmes d'abandon de lancement en cours de construction pour le véhicule d'exploration de l'équipage Orion de la NASA sont confrontés aux mêmes défis. Lorsque la capsule et la tour d'abandon de lancement, qui se trouve au sommet de la capsule, se séparent, un moteur de fusée solide appelé moteur d'abandon se déclenche, brûlant le propulseur très rapidement pour éloigner le véhicule de la fusée. Le panache de gaz chauds émis par le moteur est la plus grande source de bruit et de vibrations que le véhicule subira pendant le vol, explique Henri Fuhrmann, responsable du programme du nouveau système d'interruption de lancement à Sciences Orbitales , une entreprise aérospatiale qui s'est associée à la NASA pour concevoir et développer le système d'évacuation. Ainsi, les ingénieurs ont développé des buses à flux inversé qui détournent le flux des gaz de 155 degrés de la capsule. Cela réduira l'acoustique, les vibrations et les charges sur la capsule qui pourraient endommager l'électronique et le matériel. C'est la première fois que la technologie est développée à cette échelle, dit Fuhrmann. Le système d'échappement de lancement sur Apollo avait des moteurs à flux direct et a donc dû ajouter des structures en acier supplémentaires pour augmenter la distance entre le moteur et la capsule de l'équipage. Le système d'échappement de lancement russe sur le vaisseau spatial Soyouz utilise également des buses à écoulement direct.

Kanigan dit que le prochain défi est de s'assurer que vous pouvez contrôler la fusée à de telles vibrations. Pour le nouveau système d'abandon de lancement de la NASA, les ingénieurs ont construit un moteur unique appelé moteur de contrôle d'attitude qui dirige et contrôle la capsule. C'est également le premier du genre et peut faire voler le véhicule vers l'avant et vers l'arrière, et retourner la capsule pour la réorienter de sorte que le bouclier thermique soit tourné vers l'avant.

Ares I-X et le véhicule d'exploration de l'équipage Orion font partie du Programme Constellation , un plan pour envoyer des humains sur la Lune puis sur Mars. Norm Augustine, président d'un groupe chargé d'examiner ce plan, a déclaré lors d'un point de presse après la première réunion du comité où il a entendu des idées sur des conceptions alternatives aux fusées Ares que la chose la plus intéressante était la discussion sur la façon dont les vibrations affectent la conception des fusées.

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