Las futuras naves espaciales con destino a la luna o más allá se beneficiarán de las simulaciones por computadora de alta potencia que se están llevando a cabo en la Universidad de Michigan que modelan el caos de partículas que se pone en movimiento por los aterrizajes propulsados ​​por cohetes propulsores.

Durante el descenso, las columnas de escape fluidizan el suelo y el polvo de la superficie, formando cráteres y golpeando el módulo de aterrizaje con gruesos, partículas abrasivas. Esta acción presenta una serie de variables que pueden poner en peligro un aterrizaje. Nuestro conocimiento actual de esos millones de interacciones se basa en datos, es decir, en algunos casos, 40 a 50 años.

"Gran parte de los datos disponibles utilizados en la etapa de diseño, incluso para la próxima misión Mars 2020, se basa en datos de la era Apolo, "dijo Jesse Capecelatro, profesor asistente de ingeniería mecánica en la U-M.

"Los datos relevantes para el aterrizaje son muy difíciles de generar porque no se puede simplemente ejecutar un experimento en la Tierra. Los modelos matemáticos existentes se rompen en estas condiciones más extremas cuando las partículas se acercan a velocidades supersónicas. Nuestro grupo está desarrollando nuevos algoritmos numéricos que permiten tales simulaciones. "

Capecelatro lidera un equipo que desarrolla modelos basados ​​en la física que pueden incorporarse a los códigos utilizados por la NASA para ayudar a predecir lo que sucederá cuando una nave espacial intente aterrizar a millones de millas de su hogar.

Se especializa en "flujos turbulentos desordenados" y simula el comportamiento de fluidos hechos de dos fases de materia, en este caso partículas sólidas suspendidas en un gas.

El Mars 2020 Perseverance está programado para lanzarse desde Cabo Cañaveral el 30 de julio y aterrizar el 18 de febrero. 2021. Capecelatro analizará sus datos de descenso y los incorporará a sus modelos.

Lo que sabemos y por qué no es suficiente

Los aterrizajes de la era Apolo mostraron que el material de la superficie alterado puede extenderse hasta media milla, planteando peligros no solo en el módulo de aterrizaje en sí, sino también para los vehículos vecinos o lugares de aterrizaje. A pesar de los avances logrados en los años posteriores, los aterrizajes siguen plagados de peligros potenciales.

Hace ocho años, un sensor de viento en el rover Curiosity resultó dañado durante su aterrizaje en Marte. Y en abril de 2019, El módulo de aterrizaje SpaceIL de Israel, Bereshit, Estaba a minutos de aterrizar en la luna cuando fallaron las comunicaciones y la nave se estrelló.

A medida que la NASA avanza hacia nuevas misiones tripuladas bajo el Programa Artemis, este trabajo se vuelve más vital. No solo los humanos a bordo aumentan las apuestas, se refieren a cargas útiles más grandes y, después, columnas de escape más fuertes que interactúan con la superficie del planeta.

Hacia modelos predictivos avanzados basados ​​en la física

Gran parte del trabajo se realiza en los Grandes Lagos, El clúster informático de alto rendimiento más nuevo de U-M. Eso permite al equipo de investigación dividir el problema en cientos, e incluso miles, de procesadores simultáneamente. Por lo tanto, cada procesador hace una parte del trabajo y solo necesita almacenar una pequeña fracción de los datos totales.

Pero incluso las computadoras más poderosas del mundo en este momento solo pueden resolver algunas de estas interacciones. Para ir mas profundo Capecelatro utiliza modelos, las mejores estimaciones basadas en todos los datos disponibles, para impulsar las simulaciones aún más. El objetivo es proporcionar un marco que la NASA pueda usar para predecir mejor cómo los diferentes diseños impactarán el suelo y el aterrizaje. y ajustar.

"Las supercomputadoras más grandes de la actualidad pueden manipular miles de partículas en las que capturamos directamente toda la física del flujo, "Dijo Capecelatro." Así que haciendo un completo, sitio de aterrizaje de un kilómetro cuadrado está fuera de cuestión.

"Nuestras simulaciones proporcionan la información fundamental sobre la física de flujo necesaria para desarrollar modelos matemáticos mejorados que sus códigos necesitan para simular un evento de aterrizaje a gran escala".