NASA melhora análise de choque e vibração

Os foguetes vibram, agitam-se e flexionam-se intensamente à medida que sobem para o espaço, e as naves espaciais repletas de delicados instrumentos científicos devem sobreviver a essas forças. Antes de qualquer foguete deixar o solo, os engenheiros da NASA trabalham para prever como essas tensões afetarão cada parte da espaçonave.

Para fazer isso, engenheiros do Grupo de Ambientes Dinâmicos do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento da NASA na sede da agência Centro Espacial Kennedy na Flórida simplificaram a forma como garantem que naves espaciais e foguetes possam suportar vibrações severas, choques, estresse ou outras forças físicas, fortalecendo a segurança da missão no processo.

Usando uma ferramenta de software digital comercial de uma nova maneira, os engenheiros desenvolveram um fluxo de trabalho de modelagem padronizado para modelagem de elementos finitos para fortalecer a análise de choque e vibração e garantir que o hardware esteja preparado para os ambientes extremos de lançamento e subida.

“Este método baseado em computador ajuda a prever como os foguetes e as naves espaciais se comportam sob condições extremas antes que o hardware seja construído e ajuda a identificar pontos fracos e potenciais riscos de falha antecipadamente para que a equipe possa abordar as descobertas”, disse Brian Beaver, chefe da Divisão de Análise de Voo do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento da NASA Kennedy.

A equipe usou recentemente o software pela primeira vez ao certificar um foguete de um fornecedor de lançamento comercial selecionado para uma missão da NASA. O parceiro comercial forneceu testes de vibração, mas não testes de choque. O Grupo de Ambientes Dinâmicos determinou que os testes de choque eram necessários e usou um modelo que o grupo criou para executar comparações hipotéticas, visualizar o comportamento estrutural e responder a perguntas complexas que teriam exigido extensa modelagem manual no passado. A equipe verificou os resultados dos testes da empresa para ambientes de voo, e a análise forneceu novos insights sobre o choque durante o transporte.

“Estamos usando uma ferramenta que existe há décadas, mas normalmente não é usada pelas disciplinas de ambientes dinâmicos”, disse Alex Hardt, engenheiro aeroespacial do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento da NASA Kennedy. “Mas estamos mudando isso. Estamos usando isso em uma área relativamente nova de dinâmica.”

Embora os foguetes e as naves espaciais sejam projetados para absorver choques e vibrações, essas forças podem causar desgaste ou potencialmente falhas de voo, especialmente durante o lançamento e a subida.

“Definimos a gravidade dos níveis aleatórios de vibração e de choque e, em seguida, verificamos se todas as peças dos futuros foguetes foram testadas nesses níveis, maximizando sua longevidade”, disse Hardt.

Durante décadas, os engenheiros estimaram ambientes de choque e vibração usando regras práticas ou dimensionando dados anteriores para estimar como cada componente do foguete ou equipamento da espaçonave seria impactado depois de montado e voado. A abordagem funcionou, mas baseou-se fortemente no julgamento da engenharia e em aproximações simples extraídas de missões anteriores.

Como a maioria dos engenheiros de ambientes dinâmicos raramente usa ferramentas de modelagem de elementos finitos, eles geralmente precisam reaprender fluxos de trabalho complexos. O software substitui ferramentas mais antigas e fornece um modelo padrão que orienta os engenheiros de forma mais rápida e completa através de perfis de vibração e condições de choque.

A análise de elementos finitos é uma técnica de simulação poderosa que divide uma estrutura complexa em componentes menores para que os computadores possam prever com precisão como uma espaçonave ou foguete poderia responder a forças específicas ou ambientes de lançamento. Isto é importante porque as questões podem ser abordadas no terreno; uma vez que o foguete sai da plataforma de lançamento, a maioria dos problemas não pode ser reparada ou corrigida, tornando essencial a identificação precoce.

“Nós o usamos para obter rapidamente insights realmente valiosos sobre a verificação do sistema de um fornecedor”, disse Hardt. “Já forneceu uma visão realmente profunda sobre algo que normalmente exige muito esforço.”

Hardt diz que ter a capacidade de visualizar problemas dinâmicos não intuitivos usando modelos de elementos finitos também destaca o valioso impacto do software no aprendizado, na eficiência e no alinhamento com a cultura focada nas pessoas da NASA. O fluxo de trabalho pode ajudar os engenheiros a compartilhar conhecimento, refinar avaliações com dados de voo adicionais e aumentar a proficiência com ferramentas de modelagem. Esse recurso já economizou meses ao permitir que a equipe executasse análises de forma independente, sem ter que solicitar e esperar por relatórios ou dados de análise, e ao ajudá-los a identificar riscos que não foram considerados anteriormente.

da NASA Escritório do Programa de Serviços de Lançamento é responsável pelo lançamento de foguetes que transportam naves espaciais que observam a Terra, visitam outros planetas e exploram o universo, desde satélites meteorológicos a telescópios espaciais e rovers de Marte. A equipe adota constantemente novas ferramentas como essa para dar à agência a maior chance prática de sucesso em cada missão.