Stirling Allen, integrante do Grupo de Ambientes Dinâmicos do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento da NASA, apresenta um software digital comercial no Centro Espacial Kennedy da NASA, na Flórida. O software realiza modelagem por elementos finitos para apoiar a análise de choque e vibração e garantir que espaçonaves e foguetes resistam a vibrações, choques, tensões e outras forças físicas severas antes do lançamento, reforçando a segurança da missão.
Os foguetes vibram, sacodem e se flexionam intensamente ao subir ao espaço, e as espaçonaves repletas de instrumentos científicos delicados precisam sobreviver a essas forças. Antes de qualquer foguete deixar o solo, engenheiros da NASA trabalham para prever como essas tensões afetarão cada parte de uma espaçonave.
Para isso, engenheiros do Grupo de Ambientes Dinâmicos do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento da NASA, no Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, aperfeiçoaram a forma de garantir que espaçonaves e foguetes resistam a vibrações, choques, tensões e outras forças físicas severas, reforçando a segurança da missão.
Usando de uma nova maneira uma ferramenta digital comercial, os engenheiros desenvolveram um fluxo de trabalho padronizado de modelagem por elementos finitos para fortalecer a análise de choque e vibração e garantir que o hardware esteja preparado para os ambientes extremos do lançamento e da ascensão.
“Este método computacional ajuda a prever como foguetes e espaçonaves se comportam em condições extremas antes de o hardware ser construído e ajuda a identificar pontos fracos e possíveis riscos de falha logo no início, para que a equipe possa tratar os resultados”, disse Brian Beaver, chefe da Divisão de Análise de Voo do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento no Kennedy da NASA.
A equipe usou recentemente o software pela primeira vez ao certificar o foguete de um provedor comercial de lançamentos selecionado para uma missão da NASA. O parceiro comercial realizou testes de vibração, mas não de choque. O Grupo de Ambientes Dinâmicos concluiu que os testes de choque eram necessários e usou um modelo criado pelo grupo para executar comparações do tipo “e se”, visualizar o comportamento estrutural e responder a questões complexas que, no passado, teriam exigido extensa modelagem manual. A equipe verificou os resultados dos testes da empresa para os ambientes de voo, e a análise trouxe novas percepções sobre o choque durante o transporte.
“Estamos usando uma ferramenta que existe há décadas, mas que normalmente não é usada pelas disciplinas de ambientes dinâmicos”, disse Alex Hardt, engenheiro aeroespacial do Escritório do Programa de Serviços de Lançamento no Kennedy da NASA. “Mas estamos mudando isso. Estamos usando a ferramenta em uma área relativamente nova da dinâmica.”
Embora foguetes e espaçonaves sejam projetados para absorver choques e vibrações, essas forças podem causar desgaste ou até falhas de voo, especialmente durante o lançamento e a ascensão.
“Definimos a severidade dos níveis de vibração aleatória e de choque e, depois, verificamos se todas as peças que irão nos futuros foguetes foram testadas nesses níveis, maximizando sua longevidade”, disse Hardt.
Software que economiza tempo
Por décadas, engenheiros estimaram os ambientes de choque e vibração usando regras práticas ou escalonando dados anteriores para estimar como cada componente de foguete ou equipamento de espaçonave seria afetado depois de montado e lançado. A abordagem funcionava, mas dependia muito do julgamento da engenharia e de aproximações simples extraídas de missões passadas.
Como a maioria dos engenheiros de ambientes dinâmicos usa ferramentas de modelagem por elementos finitos com pouca frequência, eles muitas vezes precisam reaprender fluxos de trabalho complexos. O software substitui ferramentas mais antigas e oferece um modelo padrão que orienta os engenheiros com mais rapidez e profundidade pelos perfis de vibração e pelas condições de choque.
A análise por elementos finitos é uma poderosa técnica de simulação que divide uma estrutura complexa em componentes menores para que computadores possam prever com precisão como uma espaçonave ou foguete poderia responder a forças específicas ou a ambientes de lançamento. Isso é importante porque os problemas podem ser resolvidos em solo; depois que o foguete deixa a plataforma de lançamento, a maioria dos problemas não pode ser reparada nem corrigida, o que torna essencial a identificação precoce.
“Usamos a ferramenta para obter, muito rapidamente, percepções realmente valiosas na verificação do sistema de um provedor”, disse Hardt. “Ela já proporcionou percepções realmente profundas sobre algo que normalmente exige muito esforço.”
Hardt afirma que poder visualizar problemas de dinâmica pouco intuitivos usando modelos de elementos finitos também evidencia o impacto valioso do software no aprendizado, na eficiência e no alinhamento com a cultura da NASA voltada às pessoas. 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. Essa capacidade já economizou meses ao permitir que a equipe execute análises de forma independente, sem precisar solicitar e aguardar relatórios ou dados de análise, e ao ajudá-la a identificar riscos que antes não haviam sido considerados.
O Escritório do Programa de Serviços de Lançamento da NASA é responsável por lançar foguetes que levam espaçonaves que observam a Terra, visitam outros planetas e exploram o universo, de satélites meteorológicos a telescópios espaciais e rovers em Marte. A equipe adota constantemente novas ferramentas como essa para dar à agência a maior chance prática de sucesso em cada missão.
Fonte original: nasa.gov
