Cada parte de un vehículo de lanzamiento, plataforma de lanzamiento y equipo de operaciones en tierra está sujeta a la alta carga acústica generada durante el despegue. [1]. Por lo tanto, se toman muchas medidas extremas para tratar de suprimir este ambiente acústico amortiguando con un sistema de diluvio de agua y alejando las columnas de humo del motor del vehículo a través de zanjas de llamas. Incluso las reducciones de un solo decibelio de los niveles acústicos pueden traducirse en una reducción considerable de las cargas acústicas, las necesidades de certificación, los costos operativos e incluso el peso del vehículo. Por lo tanto, reducir el nivel acústico mediante varios esquemas de mitigación es un aspecto importante del diseño de una plataforma de lanzamiento.
En 2011 y 2012, el NESC patrocinó una investigación sobre la eficacia de un conjunto de micrófonos en fase (MPA) para identificar fuentes de ruido y probó el conjunto durante un lanzamiento de Antares desde las instalaciones de vuelo de Wallops. [2]. Este conjunto prototipo simple pudo identificar fuentes de ruido relacionadas con impactos durante el lanzamiento.
Hoy en día, basándose en este trabajo anterior, se está desarrollando y probando una nueva arquitectura MPA de celosía de espacio abierto para su uso durante el lanzamiento de Artemis II. Esta estructura de armazón consta de un marco tubular de aluminio que sostiene 70 micrófonos montados en posiciones optimizadas sobre una superficie en forma de cúpula (Figura 1). La estructura del recipiente central contiene cámaras visibles e infrarrojas, así como la electrónica del amplificador que transfiere y transmite señales de micrófono a cables de datos que envían información al sistema de adquisición de datos montado en el suelo. Los datos recopilados se posprocesan utilizando una rutina de formación de haces ortogonal funcional que minimiza los efectos de los lóbulos laterales y los reflejos en la señal acústica. [3]. Esto produce una imagen mucho más clara de las fuentes primarias de incidencia de ruido que emanan del vehículo y de las estructuras de la plataforma de lanzamiento.
Figura 1. Vista general del MPA, el haz de cables y el gabinete de adquisición de datos.
La actividad del NESC está realizando pruebas de verificación y validación para determinar la capacidad de supervivencia ambiental del AMP y validar la capacidad de formación de haces. Esto se está haciendo mediante un enfoque de prueba por fases. Las pruebas de la fase 1 realizadas en ARC elevaron el AMP (Figura 2) y utilizaron bocinas y parlantes de intensidad conocida para garantizar su capacidad para identificar y separar fuentes de ruido (Figura 3).
Figura 2. Configuración para la prueba al aire libre utilizando una bocina de tren y un altavoz de dispositivo acústico de largo alcance (LRAD). El MPA fue elevado a alturas de prueba mediante un manipulador telescópico.
Figura 3. Comparación entre diferentes esquemas de forma de haz a una frecuencia fija de f=1338 Hz con un centro de matriz de 100 pies. horizontal y 10 pies. encima del altavoz LRAD.
En la fase 2, el sistema fue sometido a un ambiente real de ruido de motor durante una prueba de fuego estático en SSC. El MPA vio el banco de pruebas del motor A-1 durante una prueba del motor RS-25 desde 460 pies, una distancia similar desde KSC Pad 39B hasta la torre de rayos, donde se montará el MPA para Artemis II (Figura 4). Los resultados identificaron y localizaron con éxito las fuentes acústicas transitorias del motor durante la prueba (Figura 5).
Figura 4. Sistema de andamio utilizado para montar MPA y ubicación del arreglo con respecto al banco de pruebas SSC A-1. Crédito de la imagen derecha: Google Maps
Fuentes de ruido identificadas en las frecuencias centrales de tercio de octava indicadas utilizando una forma de haz ortogonal funcional.
La prueba final se produjo durante el lanzamiento del NG-19 Antares desde las instalaciones de vuelo de Wallops en julio de 2023. El MPA rastreó la columna de humo y el entorno acústico durante el lanzamiento, mostrando la transición del empuje inicial del motor al entorno de sobrepresión que fluye desde la zanja de llamas mientras el vehículo levantado (Figura 6). La matriz pudo recopilar datos significativos mientras estaba montada en el exterior, en condiciones acústicas similares a las esperadas durante el lanzamiento de Artemis II y también sometida a calor, humedad, aire salado y condiciones climáticas extremas.
Figura 6. Evolución temporal de la generación de fuentes de ruido durante el lanzamiento del NG-19. La intensidad acústica del flujo redirigido desde la abertura de la trinchera de llamas evoluciona hasta convertirse en una fuente de ruido mucho más fuerte, mientras que la acústica de la columna se mitiga eficazmente mediante la supresión del sonido en la superficie de la plataforma de lanzamiento.
A continuación, el AMP se desplegará en KSC para el lanzamiento de Artemis II para medir el impacto acústico e identificar fuentes críticas de ruido durante ese evento. Los datos recopilados ayudarán a refinar y optimizar aún más los sistemas de supresión de sonido para Artemis III y futuros lanzamientos.
Referencias:
- Eldred, K.M. y Jones, G.W., Jr., “Carga acústica generada por el sistema de propulsión”, NASA SP-8072, 1971.
- Panda, J., Mosher, R.N. y Porter, B.J., “Identificación de la fuente de ruido durante los disparos de prueba de motores de cohetes y el lanzamiento de un cohete”, Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 51, n.º 4, julio-agosto de 2014. DOI: 10.2514 /1.A32863
- Dougherty, R.P., “Formación de haces funcional para distribuciones de fuentes aeroacústicas”, 20ª Conferencia de Aeroacústica AIAA/CEAS, 10.2514/6.2014-3066, 2014.
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