NASA și SpaceX avansează testele aerodinamice pentru Starship

NASA și partenerii săi din industria aerospațială fac pași decisivi pentru misiunea demonstrativă Artemis III, programată pentru anul viitor, prin finalizarea unor noi teste critice în tunelul aerodinamic asupra boosterului Super Heavy Version 3 al companiei SpaceX. Aceste teste, desfășurate la Centrul de Cercetare Ames al NASA din Silicon Valley, California, s-au concentrat pe înțelegerea aprofundată a forțelor aerodinamice extreme pe care racheta le poate experimenta în timpul reintrării în atmosferă. Această etapă de testare se bazează pe datele colectate anterior în 2024 și reprezintă un pilon esențial în dezvoltarea sistemului de aselenizare umană (Human Landing System - HLS).

Colaborarea dintre NASA și SpaceX vizează dezvoltarea Starship HLS, vehiculul care va transporta astronauții de pe orbita lunară pe suprafața Lunii și înapoi în siguranță. Boosterul Super Heavy, aflat acum la a treia versiune majoră, este o componentă vitală a sistemului de lansare Starship. Se estimează că Version 3 va servi drept bază tehnologică pentru misiunea Artemis III din 2027 și pentru o aselenizare ulterioară cu echipaj uman în 2028. Deși Starship HLS este proiectat și construit de SpaceX, NASA oferă acces la facilități de testare specializate și expertiză tehnică de neegalat pentru a garanta succesul misiunii.

Expertiza NASA în aerodinamică instabilă

Manish Mehta, inginer principal pentru echipa HLS Plume and Aero Environments de la Centrul de Zbor Spațial Marshall al NASA, a subliniat importanța experienței agenției în gestionarea fenomenelor aerodinamice complexe. NASA a utilizat baza sa vastă de cunoștințe, acumulată în decenii de teste pentru navetele spațiale, racheta SLS (Space Launch System) și nava spațială Orion, pentru a configura și analiza eficient testele pentru Super Heavy Version 3.

Un aspect interesant menționat de Mehta este modul în care lecțiile învățate din misiunile anterioare se propagă în proiectele actuale. De exemplu, teste similare efectuate la tunelul aerodinamic Ames Unitary Plan au dus la adăugarea unor componente structurale (strakes) pe racheta SLS pentru misiunea Artemis II. Astfel, datele obținute pentru pregătirea Artemis II ajută acum direct la optimizarea designului pentru Artemis III și pentru misiunile viitoare, demonstrând continuitatea și interconectivitatea programelor spațiale americane.

Inovațiile tehnice ale versiunii Super Heavy Version 3

Sistemul Starship al SpaceX este compus din două trepte: prima treaptă, boosterul Super Heavy echipat cu 33 de motoare, și treapta a doua, nava Starship propriu-zisă. Versiunea 3 a boosterului Super Heavy introduce schimbări structurale și de propulsie semnificative față de iterațiile anterioare. Printre cele mai importante modificări se numără implementarea noilor motoare Raptor 3, care oferă o eficiență și o putere sporite.

De asemenea, designul exterior a fost simplificat radical: au fost eliminate fusta secțiunii motoarelor, carcasele individuale ale motoarelor și scutul termic de bază integrat la scară largă. O altă schimbare majoră este reducerea numărului de flapsuri de control (gridfins) de la patru la trei, însă fiecare fină este acum cu 50% mai mare pentru a compensa și a îmbunătăți manevrabilitatea. Totodată, a fost introdusă o treaptă superioară integrată pentru „hot staging”, înlocuind vechiul sistem de protecție inter-trepte de unică folosință. Aceste modificări necesită o reevaluare completă a modului în care vehiculul interacționează cu atmosfera.

Simularea forțelor de reintrare în atmosferă

Având în vedere schimbările structurale masive, inginerii NASA și SpaceX au avut nevoie de date precise despre forțele aerodinamice constante și variabile pe care racheta le va întâlni în timpul reintrării. Deoarece SpaceX urmărește recuperarea și reutilizarea boosterului prin întoarcerea acestuia la locul de lansare, stabilitatea în timpul zborului prin atmosferă este critică.

Jayanta Panda, expert în aerodinamică instabilă la NASA Ames, explică diferența dintre forțele constante și cele instabile. Forțele constante apar atunci când aerul curge lin peste suprafața rachetei în timpul ascensiunii. În schimb, forțele instabile, precum fenomenul de „buffeting” (trepidație), apar atunci când aerul lovește anumite zone ale rachetei în momente mai puțin predictibile, cauzând vibrații potențial periculoase. Testele în tunelul aerodinamic sunt singura modalitate de a simula aceste condiții înainte de zborul real.

Tehnologia tunelurilor aerodinamice de la Ames

Pentru aceste teste, NASA și SpaceX au utilizat un model la scară de 1,2% al rachetei Super Heavy Version 3. Testele au fost efectuate în două facilități distincte: tunelul transonic și tunelul supersonic. Tunelul transonic expune modelele la viteze ale aerului cuprinse între Mach 0,2 și Mach 1,4 (unde Mach 1 reprezintă viteza sunetului, aproximativ 1.225 km/h). Această fază este esențială pentru a înțelege comportamentul rachetei în momentul trecerii barierei sunetului.

Ulterior, modelul a fost testat în tunelul supersonic, unde vitezele vântului au atins între Mach 1,55 și Mach 2,5. Datele rezultate despre forțele și momentele constante ajută la programarea software-ului de zbor, astfel încât acesta să poată ghida racheta cu precizie în timpul reintrării. În paralel, datele despre presiunea instabilă permit inginerilor să analizeze sarcinile structurale la care este supusă racheta, asigurându-se că structura va rezista stresului mecanic fără a suferi avarii.

Obiectivele pe termen lung ale programului Artemis

Prin intermediul programului Artemis, NASA nu vizează doar o simplă revenire pe Lună, ci stabilirea unei prezențe umane durabile pe suprafața lunară. Acest efort este menit să deschidă noi oportunități economice și să faciliteze descoperiri științifice fundamentale. Mai mult, succesul misiunilor Starship HLS pe Lună va pune bazele tehnologice pentru prima misiune cu echipaj uman către Marte.

Colaborarea dintre sectorul public și cel privat, exemplificată prin parteneriatul NASA-SpaceX, demonstrează o nouă eră a explorării spațiale, unde resursele guvernamentale și inovația privată se unesc pentru a depăși limitele tehnologice actuale. Fiecare test în tunelul aerodinamic aduce omenirea cu un pas mai aproape de momentul în care astronauții vor păși din nou pe solul lunar, de data aceasta pentru a rămâne.