Když jedete po nezpevněné cestě, tak můžete sedět i ve specializovaném off-roadu a přesto zažijete větší či menší úroveň vibrací a nárazů. Částečně za to může jev zvaný přirozená (též vlastní) frekvence. Jde o frekvenci, kterou má každý objekt a ta je vydávána ve chvíli, kdy objekt udeříme. Když se okolní vlivy jako je rychlost jízdy či (ne)rovnost silnice správně sejdou, začne auto vibrovat na své vlastní přirozené frekvenci. A proč na webu o kosmonautice píšeme o autech? Protože je to dobrý příměr z běžného života. Raketa prodírající se atmosférou, je na tom totiž úplně stejně. I raketa má svou přirozenou frekvenci a zažívá při startu dynamické procesy. Porozumění těmto frekvencím a jejich parametrům, je nezbytně důležité pro řízení raket – včetně velké chystané SLS – aby jejich atmosférická „silnice“ vedoucí na oběžnou dráhu byla co možná nejbezpečnější.
Zdroj: https://images-assets.nasa.gov/
Aby se dal let rakety bezpečně řídit, musí být letový řídící a navigační software schopen odlišit vlastní přirozenou frekvenci od ostatních vibrací. Právě proto týmy na Kennedyho středisku na Floridě provádí integrované modální testy, aby určily různé typy vibrací nedávno sestavené rakety SLS ještě před její první misí Artemis I. „Data z modálních testů využijeme k mnoha účelům,“ vysvětluje John Blevins, hlavní inženýr rakety SLS a dodává: „Budeme porovnávat reálně naměřené výsledky s odhady počítačových modelů. Informace bude také zapracována do letových počítačů, takže program bude vědět, které vibrace jsou přirozené a které způsobují vnější síly. Počítač pak použije tyto informace k úpravě trajektorie, aby zajistil dosažení správné oběžné dráhy bez toho, že by zbytečně plýtval pohonnými látkami na reakce na přirozené vibrace, které by měl ignorovat.“
Týmy EGS (Exploration Ground Systems) zodpovědné za pozemní vybavení a experti firmy Jacobs společně s týmy z Marshallova střediska v alabamském Huntsville proto provedli testy na mobilní vypouštěcí plošině v hale VAB. Právě zde se nachází raketa SLS tvořená dvěma pomocnými urychlovacími motory na tuhé pohonné látky, centrálním stupněm, horním stupněm ICPS, strukturálním testovacím exemplářem adaptéru OSA (Orion stage adapter) a hmotnostním simulátorem lodi Orion. Inženýři zvolili pro modální testy hmotnostní simulátor Orionu a strukturální testovací exemplář adaptéru OSA, aby letový exemplář lodi Orion mohl podstoupit instalaci záchranné věžičky a také aby inženýři mohli v klidu uložit CubeSaty do adaptéru OSA. Testovací hardware má stejnou hmotnostní charakteristiku jako letový hardware, což je pro tento test důležité.
Zdroj: nasa.gov
„K raketě a mobilní vypouštěcí plošině je připojeno přibližně 300 senzorů, které zaznamenávají, ukládají a přenášejí informace,“ říká Cliff Lanham, manažer EGS na Kennedyho středisku a dodává: „Zařízení jsou instalována na raketě jak interně, tak i externě včetně urychlovacích stupňů.“ Vzory pohybu systému, který vibruje na přirozené frekvenci se označují jako normální mód. I určení přirozených frekvencí rakety SLS umístili experti na sedm míst na raketě hydraulické generátory vibrací. Malé kladivo pak zajistí kalibrované ťukání v blízkosti klíčových navigačních systémů, aby bylo možné porozumět dynamice těchto míst. Kladivo připojené ke speciální konstrukci se přesune na různá místa na mobilní plošině, aby se dále prostudovaly tyto frekvence.
Zdroj: https://images-assets.nasa.gov/
Deset hodin denně a několik dní v kuse věnují týmy tomuto testovacímu programu. Využívají přitom noční směny v hale VAB, kdy je zdejší aktivita nízká. Právě tento klid v okolí pomáhá inženýrům zajistit, že vibrace detekované senzory jsou způsobeny zkouškou a nikoliv jinými činnostmi v hale nebo na blízkých silnicích. Některé testy obnáší v jednu chvíli souběh různých frekvencí – podobně jako když kytara hraje najednou více not. Jiné testovací scénáře se zase zaměří pouze na specifickou frekvenci. Po každé fázi testů inženýři analyzují data a plánují úpravy potřebné před další zkouškou.
Zatímco oficiální série testů skončí po několikadenním programu, senzory zůstanou na svých místech. Mají totiž sbírat data během vývozu na rampu 39B, při kterém už bude na raketě usazen letový exemplář adaptéru OSA s CubeSaty a loď Orion. Senzory také budou sbírat data během zkoušky WDR. Půjde o kompletní simulaci startovního dne včetně odpočtu, plnění centrálního stupně i ICPS kapalným kyslíkem a vodíkem. „Data získaná z těchto modálních senzorů využijeme ke křížové kontrole, aktualizaci a validaci strukturálních dynamických matematických modelů integrované SLS, což zajistí potvrzení a ověření konstrukce pro navigaci, řízení i zatížení během startu,“ říká Liliana Villarreal, provozní manažerka EGS a dodává: „Podtrženo a sečteno: Tento test nám pomůže ověřit, že jsme připraveni létat a bezpečně se pohybovat po atmosférické cestě vstříc hvězdám.“
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/…/image/ksc-20210813-ph-jbs01_0017_orig.jpg
https://images-assets.nasa.gov/…/KSC-20210813-PH-JBS01_0002~large.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/cubesats_081221.jpg
https://images-assets.nasa.gov/…/KSC-20210813-PH-JBS01_0015~large.jpg
Nejsem sice strojař, ale řekl bych, že na vlastní rezonanční frekvence bude mít dost zásadní vliv množství a teplota paliva v nádržích.
Jak jsem pochopil z popisu testů, tak se toto neřeší?
Taky mi chybí odpovídající vzdělání, ale domnívám se, že pokud srovnají reálně změřené údaje s počítačovými modely, mohou si ověřit, že modely fungují, případně je mohou upravit. Tyto modely pak mohou reprezentativním způsobem předvídat frekvence při různých úrovních naplnění nádrží.
Centrální stupeň SLS je doslova prošpikován senzory. Týmy již mají data z modálního testování prázdného centrálního stupně SLS, které se provádělo ve Stennisově středisku. Mají také data z chování centrálního stupně během plného osmiminutového zážehu všech čtyř motorů, který byl proveden tamtéž. Nyní je prováděno integrované modální testování celé rakety včetně simulátoru Orionu. Tím bude vytvořena databáze, která s využitím korelační analýzy umožní lépe porozumět procesům, které se budou odehrávat v letící raketě. Cílem je, aby po doplnění modelu o reálná data z jediného nepilotovaného letu bylo možné přistoupit k certifikaci rakety pro let s posádkou.