Las vibraciones de los cohetes que vuelan a través de la atmósfera hacia el espacio, incluido el Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la Nasa, no son diferentes a las de los todoterrenos que ruedan por un camino de grava lleno de baches. Tienen frecuencias naturales y experimentan fuerzas dinámicas durante el lanzamiento y el ascenso.
Comprender esas frecuencias y cómo se ven es fundamental para dirigir el SLS y la nave espacial Orion de manera segura a través del «camino» atmosférico hacia el espacio. Para controlar de forma segura el vuelo del cohete, el software de vuelo y el sistema de navegación deben distinguir las frecuencias naturales del cohete de las frecuencias de vibración experimentadas durante el vuelo.
Por eso los equipos del Centro Espacial Kennedy de la Nasa en Florida están realizando pruebas modales integradas para determinar los diferentes modos de vibración con el cohete SLS integrado recientemente antes del lanzamiento de la misión Artemisa I.
«Usaremos los datos de las pruebas modales para múltiples propósitos», dijo John Blevins, ingeniero jefe del SLS. “Compararemos los resultados físicos con lo que predijeron los modelos informáticos. La información también se enviará a las computadoras de vuelo para que cuando el SLS esté volando, las computadoras sepan qué vibraciones son naturales para el cohete y cuáles son causadas por fuerzas externas. Las computadoras usarán esa información para dirigir el cohete, asegurándose de que se coloque en la órbita correcta y no agote innecesariamente su combustible al reaccionar a las vibraciones naturales que el cohete debería ignorar».
El equipo de Exploration Ground Systems (EGS) y Jacobs en Kennedy junto con el equipo SLS del Marshall Space Flight Center de la Nasa en Huntsville, Alabama, realizan las pruebas en el lanzador móvil y la pila SLS en el Vehicle Assembly Building (VAB) con el apoyo del personal. en otros centros de la Nasa.
En el VAB, el cohete ensamblado está compuesto por los impulsores de cohetes sólidos, la etapa central, la etapa de propulsión criogénica provisional (ICPS), el artículo de prueba estructural del adaptador de la etapa Orion y el simulador de masas para Orion. Los ingenieros están utilizando el simulador de masas para Orion y el artículo de prueba estructural del adaptador de etapa de Orion para la serie de pruebas modal, mientras que la nave espacial Orion se somete al ensamblaje de su sistema de aborto de lanzamiento y las cargas útiles de CubeSat.se cargan en el adaptador de escenario Orion para el vuelo. El hardware de prueba tiene las mismas características de peso que sus respectivos componentes de vuelo, lo cual es importante para esta prueba.
«Aproximadamente 300 sensores están conectados al cohete y al lanzador móvil para detectar, registrar y transmitir la información», dijo Cliff Lanham, director senior de operaciones de vehículos de EGS en Kennedy. «La instrumentación se instala tanto interna como externamente al cohete, incluidos los propulsores».
El patrón de movimiento de un sistema que vibra a su frecuencia natural se denomina modo normal. Para identificar las frecuencias naturales del SLS, el equipo coloca agitadores hidráulicos en siete ubicaciones del cohete. Un pequeño martillo entregará toques calibrados cerca de partes clave del sistema de navegación para comprender la dinámica local en esos lugares. Un martillo en una plataforma rodante se moverá a diferentes ubicaciones en el lanzador móvil para impartir más vibraciones.
Durante 10 horas al día, varios días seguidos, el equipo llevará a cabo el programa de prueba. Aprovecharán el turno nocturno en el VAB, cuando el nivel de actividad sea bajo. Esta configuración silenciosa ayuda a los ingenieros a verificar que las vibraciones detectadas por los sensores son causadas por las pruebas y no por otras actividades en la instalación cavernosa o en las carreteras cercanas. Algunas de las pruebas involucran múltiples frecuencias de vibración al mismo tiempo, como una guitarra que produce múltiples notas a la vez, mientras que otras pruebas se enfocan en una frecuencia específica. Después de cada ronda de pruebas, los ingenieros analizarán los datos y planificarán los ajustes necesarios para la siguiente prueba.
Si bien la serie de pruebas oficiales finalizará después del programa de varios días, los sensores continuarán recopilando datos durante el despliegue de la pila de vuelo en Launch Complex 39B, que incluirá la versión de vuelo del adaptador de escenario Orion con cargas útiles CubeSat y la nave espacial Orion. Los sensores también recopilarán datos durante el ensayo general húmedo, una ejecución de práctica de la cuenta regresiva del lanzamiento, que incluye el llenado de la etapa central y los tanques de combustible ICPS con propulsores de hidrógeno líquido y oxígeno líquido superenfriados.
«Usaremos los datos recopilados de los sensores modales para verificar, actualizar y validar los modelos matemáticos dinámicos estructurales SLS integrados, que luego brindan confirmación y confianza del diseño del vehículo para orientación, navegación, control y cargas durante el lanzamiento». dijo Liliana Villarreal, directora de flujo de operaciones de EGS. “En pocas palabras: esta prueba nos ayudará a asegurarnos de que estamos listos para volar y navegar de manera segura por el camino atmosférico hacia las estrellas”.
Los equipos están realizando pruebas modales integradas antes de la misión Artemisa I, el primer vuelo integrado de SLS y Orion. La misión enviará la nave espacial Orion al espacio más profundo de lo que jamás haya volado ninguna nave espacial construida para humanos.
