Ogni parte del veicolo di lancio, della piattaforma di lancio e delle apparecchiature operative a terra è soggetta all’elevato carico acustico generato durante il decollo [1]. Pertanto, vengono adottate molte misure estreme per cercare di sopprimere questo ambiente acustico smorzando con un sistema a diluvio d’acqua e deviando i pennacchi del motore lontano dal veicolo attraverso canali di fiamma. Anche la riduzione di un singolo decibel dei livelli acustici può tradursi in una notevole riduzione dei carichi acustici, delle esigenze di certificazione, dei costi operativi e persino del peso del veicolo. Pertanto, l’abbassamento del livello acustico attraverso vari schemi di mitigazione è un aspetto importante della progettazione di una rampa di lancio.
Nel 2011 e nel 2012, il NESC ha sponsorizzato la ricerca sull’efficacia di un microfono a schiera (MPA) per identificare le fonti di rumore e ha testato l’array durante un lancio di Antares dalla Wallops Flight Facility [2]. Questo semplice prototipo di array è stato in grado di identificare le fonti di rumore legate all’impatto durante il lancio.
Oggi, basandosi su questo lavoro precedente, una nuova architettura MPA a traliccio open-space è in fase di sviluppo e test per essere utilizzata durante il lancio di Artemis II. Questa struttura a traliccio è costituita da un telaio tubolare in alluminio che contiene 70 microfoni montati in posizioni ottimizzate su una superficie a forma di cupola (Figura 1). La struttura centrale del contenitore contiene telecamere visibili e a infrarossi, nonché l’elettronica dell’amplificatore che trasferisce e trasmette i segnali del microfono ai cavi dati che inviano informazioni al sistema di acquisizione dati montato a terra. I dati raccolti vengono postelaborati utilizzando una routine di beamforming funzionale-ortogonale che minimizza gli effetti dei lobi laterali e delle riflessioni sul segnale acustico [3]. Ciò produce un’immagine molto più pulita delle fonti primarie di rumore provenienti dal veicolo e dalle strutture della piattaforma di lancio.
Figura 1. Vista generale dell’MPA, del fascio di cavi e dell’armadio di acquisizione dati.
L’attività del NESC sta eseguendo test di verifica e validazione per determinare la sopravvivenza ambientale dell’AMP e validare la capacità di beamforming. Questo viene fatto utilizzando un approccio di test graduale. I test di fase 1 eseguiti presso ARC hanno elevato l’MPA (Figura 2) e hanno utilizzato avvisatori acustici e altoparlanti di intensità nota per garantirne la capacità di identificare e separare le fonti di rumore (Figura 3).
Figura 2. Configurazione per il test all’aperto utilizzando un clacson del treno e un altoparlante per dispositivo acustico a lungo raggio (LRAD). L’MPA è stata sollevata per testare l’altezza da un movimentatore telescopico.
Figura 3. Confronto tra diversi schemi di beamform a f=1338 Hz fissa con centro dell’array a 100 piedi. orizzontale e 10 piedi. sopra l’altoparlante LRAD.
Nella fase 2, il sistema è stato sottoposto a un reale ambiente rumoroso del motore durante un test antincendio statico presso SSC. L’MPA ha osservato il banco prova del motore A-1 durante un test del motore RS-25 da 460 piedi, una distanza simile dal KSC Pad 39B alla torre dei fulmini, dove l’MPA sarà montato per Artemis II (Figura 4). I risultati hanno identificato e individuato con successo le sorgenti acustiche transitorie del motore durante il test (Figura 5).
Figura 4. Sistema di impalcatura utilizzato per montare l’MPA e posizione dell’array rispetto al banco di prova SSC A-1. Credito immagine destra: Google Maps
Sorgenti di rumore identificate alle frequenze centrali dei terzi d’ottava indicate utilizzando la forma del fascio ortogonale funzionale.
Il test finale è avvenuto durante il lancio dell’NG-19 Antares dalla Wallops Flight Facility nel luglio 2023. L’MPA ha monitorato il pennacchio e l’ambiente acustico durante il lancio, mostrando la transizione dalla spinta iniziale del motore all’ambiente di sovrapressione che scorre dalla trincea delle fiamme mentre il veicolo sollevato (Figura 6). L’array è stato in grado di raccogliere dati significativi mentre era montato all’esterno, in condizioni acustiche simili a quelle previste durante il lancio di Artemis II e soggetto anche a calore, umidità, aria salmastra e condizioni meteorologiche estreme.
Figura 6. Evoluzione temporale della generazione della sorgente di rumore durante il lancio dell’NG-19. L’intensità acustica del flusso reindirizzato dall’apertura della trincea delle fiamme si evolve fino a diventare una fonte di rumore molto più forte, mentre l’acustica proveniente dal pennacchio viene efficacemente mitigata dalla soppressione del suono sulla superficie della rampa di lancio.
Successivamente, l’MPA verrà schierato al KSC per il lancio di Artemis II per misurare l’impatto acustico e identificare le fonti di rumore critiche durante l’evento. I dati raccolti aiuteranno a perfezionare e ottimizzare ulteriormente i sistemi di soppressione del suono per Artemis III e i lanci futuri.
Riferimenti:
- Eldred, KM & Jones, GW, Jr., “Carico acustico generato dal sistema di propulsione”, NASA SP-8072, 1971.
- Panda, J., Mosher, RN & Porter, BJ, “Identificazione della fonte di rumore durante le accensioni di prova del motore a razzo e il lancio di un razzo”, Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 51, n. 4, luglio-agosto 2014. DOI: 10.2514/1.A32863
- Dougherty, RP, “Beamforming funzionale per distribuzioni di sorgenti aeroacustiche”, 20a conferenza sull’aeroacustica AIAA/CEAS, 10.2514/6.2014-3066, 2014.
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