自阿尔忒弥斯计划启动以来,NASA为实现人类重新踏上月球的目标投入了大量先进科技和跨学科合作。在众多关键技术中,超级计算机与风洞实验成为优化空间发射系统(SLS)火箭设计和性能的核心工具,推动阿尔忒弥斯二号任务 - - 首次载人绕月飞行的成功实现。 阿尔忒弥斯二号将搭载宇航员进行约10天的绕月飞行,这不仅是NASA人类航天领域的重要里程碑,也代表着下一代载人航天技术的集大成。为确保火箭与指挥舱在飞行过程中的安全和性能,NASA工程师们依托加州硅谷的艾姆斯研究中心,利用强大的超级计算资源和先进的风洞设施展开了紧密协作。 火箭在历次测试中曾出现过在固体火箭助推器连接点附近的振动超出预期,这种振动主要源于火箭结构间隙造成的不稳定气流。为解决这一隐患,研究团队提出了在火箭核心级添加四条细长的"翼脊"(strakes)结构,这种类似飞机上的小鳍状物能够有效改善气流的稳定性,减少振动对组件的影响。
风洞实验是验证与设计调整的重要环节。NASA工程师通过在NASA统一计划风洞实验室的模型火箭外部喷涂一种名为Unsteady Pressure Sensitive Paint(uPSP)的动态压力感应涂料,利用高速摄像技术捕捉涂料亮度随时间变化的图像,从而精确测量风洞内模型表面的压力波动。这种技术能够捕捉气动压力的快速变化,为理解复杂气流提供了前所未有的细节数据。 采集到的压力数据通过高速网络实时传输至NASA先进超级计算设施。凭借具备350个NVIDIA超级芯片节点的Cabeus超级计算机,科学家们进行复杂的计算流体力学模拟,补充风洞摄像所无法覆盖的区域数据,完成火箭气动特性的细致建模。 可视化团队利用超级计算机驱动的超壁(hyperwall)系统,将庞大的实验数据转化为直观的视觉图像,工程师们能够实时交互分析,迅速调整模拟参数和设计方案。
这种跨团队实时协作大幅缩短了数据处理的周期,从传统的数周缩减至数小时内即可完成,提高了整个研发流程的效率和精度。 多方通力合作是阿尔忒弥斯二号任务的特色之一。从艾姆斯研究中心的风洞实验团队,到马歇尔航天飞行中心负责空气动力学的工程师,再到负责超级计算支持的科研人员,每一个环节紧密衔接,形成了完整的信息纽带和技术支持体系。 波音公司的团队目前正在佛罗里达肯尼迪航天中心为火箭安装经过验证的翼脊结构,预计于2025年10月完成。加装翼脊不仅优化了火箭气动性能,还极大地降低了飞行时组件振动带来的潜在风险,确保乘员舱与航天器的安全稳定运行。 这次合作彰显了NASA高端计算能力与实验设施相结合的巨大潜力。
通过整合超级计算机的强大模拟能力与风洞实验的真实气动数据,NASA能够以更快的速度、更低的成本设计出更安全、高效的发射系统。这不仅支持即将到来的阿尔忒弥斯二号任务,也为未来更加复杂的探索任务奠定坚实基础。 伴随阿尔忒弥斯计划的发展,NASA将推动人类在月球基地建设与长期探索方面取得突破,积累经验助力未来实现载人火星飞行。宇宙探索的每一步突破,都离不开尖端科技与创新合作的支撑。超级计算机与风洞技术的结合正是NASA实现梦想的重要助力。 未来,随着超级计算技术和航空动力学模拟的不断进步,科学家和工程师将能够更加深入地理解航天器在极端环境下的表现,不断提升设计的科学性和安全性。
借助这些高科技手段,阿尔忒弥斯系列任务不仅将带领人类重返月球,更将为迈向更遥远的星际征程铺路铺桥。 欲了解更多关于阿尔忒弥斯计划及其前沿科技的信息,欢迎访问NASA官方网站,探索更多人类航天探索的最新动态和未来蓝图。 。
