As naves espaciais futuras com destino à Lua ou além se beneficiarão de simulações de computador de alta potência em andamento na Universidade de Michigan, que modelam o caos de partículas colocado em movimento por pousos com propulsores de foguete.

Durante a descida, as plumas de exaustão fluidificam o solo e a poeira da superfície, formando crateras e esbofeteando o módulo de pouso com grosso, partículas abrasivas. Esta ação apresenta uma série de variáveis ​​que podem comprometer um pouso. Nosso entendimento atual desses milhões de interações é baseado em dados que são, em alguns casos, 40 a 50 anos.

"Muitos dos dados disponíveis usados ​​na fase de projeto, incluindo para a próxima missão Mars 2020, é baseado em dados da era Apollo, "disse Jesse Capecelatro, professor assistente de engenharia mecânica na U-M.

"Dados relevantes para o pouso são muito difíceis de gerar porque você não pode simplesmente executar um experimento na Terra. Os modelos matemáticos existentes quebram nessas condições mais extremas quando as partículas se aproximam das velocidades supersônicas. Nosso grupo está desenvolvendo novos algoritmos numéricos que permitem essas simulações. "

Capecelatro lidera uma equipe de desenvolvimento de modelos baseados na física que podem ser incorporados aos códigos usados ​​pela NASA para ajudar a prever o que acontecerá quando uma espaçonave tentar pousar a milhões de quilômetros de casa.

Ele se especializou em "fluxos turbulentos confusos" e em simular o comportamento de fluidos feitos de duas fases da matéria - neste caso, partículas sólidas suspensas em um gás.

O Mars 2020 Perseverance está programado para ser lançado em Cabo Canaveral em 30 de julho e pousar em 18 de fevereiro 2021. Capecelatro analisará seus dados de descida e os incorporará em seus modelos.

O que sabemos e porque não é suficiente

Os pousos da era Apollo mostraram que o material da superfície perturbado pode se espalhar por até meia milha, representando riscos não apenas para o módulo de pouso, mas também para os veículos vizinhos ou locais de pouso. Apesar dos avanços feitos desde então, os desembarques continuam repletos de perigos potenciais.

Oito anos atrás, um sensor de vento no rover Curiosity foi danificado durante sua aterrissagem em Marte. E em abril de 2019, Lander SpaceIL de Israel, Beresheet, Faltavam minutos para o toque na lua quando as comunicações falharam e a nave caiu.

À medida que a NASA avança em direção a novas missões tripuladas sob o Programa Artemis, este trabalho se torna mais vital. Não apenas os humanos a bordo aumentam as apostas, eles significam cargas úteis maiores e, subseqüentemente, plumas de exaustão mais fortes interagindo com a superfície do planeta.

Rumo a modelos preditivos avançados baseados na física

Muito do trabalho é realizado nos Grandes Lagos, O mais novo cluster de computação de alto desempenho da U-M. Isso permite que a equipe de pesquisa divida o problema em centenas, e até milhares, de processadores simultaneamente. Portanto, cada processador faz uma parte do trabalho e só precisa armazenar uma pequena fração dos dados totais.

Mas mesmo os computadores mais poderosos do mundo agora podem resolver apenas algumas dessas interações. Para ir mais fundo, Capecelatro usa modelos - melhores suposições com base em todos os dados disponíveis - para levar as simulações adiante. O objetivo é fornecer uma estrutura que a NASA pode usar para prever melhor como os diferentes projetos afetarão o solo e a aterrissagem, e ajustar.

"Os maiores supercomputadores de hoje podem talvez lidar com mil partículas, onde capturamos diretamente toda a física do fluxo, "Capecelatro disse." Então, fazendo um completo, O local de pouso de quilômetros quadrados está fora de questão.

"Nossas simulações fornecem o insight fundamental sobre a física de fluxo necessária para desenvolver modelos matemáticos aprimorados que seus códigos precisam para simular um evento de pouso em escala real."