Προσομοίωση αστροφυσικής: η μεσοαστρική αέριο

Αρτεφάκτα

10 Μαΐου 2004

Τι είναι ένα αρτεφάκτο; Το Larousse μας εξηγεί ότι είναι μια τυχαία ή τεχνητή δομή που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια μιας πειραματικής διαδικασίας ή παρατήρησης. Μπορούμε να πούμε ότι οι αριθμητικές προσομοιώσεις σε υπολογιστή, που είναι "υπολογιστικές εμπειρίες", περιλαμβάνουν μια συνεχή αναζήτηση αρτεφάκτων. Όταν προσπαθούμε να προσομοιώσουμε, σημαίνει ότι προσπαθούμε να αναπαράγουμε ένα φαινόμενο με "κάτι άλλο", ένα άλλο σύστημα, παρόμοιο. Ένας αεροδυναμικός θα αντιμετωπίσει ένα τέτοιο πρόβλημα. Ένα πυκνό ή ζεστό αέριο δεν συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο όπως ένα αραιωμένο ή ψυχρό αέριο. Στη μηχανική των ρευστών, αυτά τα φαινόμενα έχουν μελετηθεί είτε τέλεια, είτε τουλάχιστον με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια σύμφωνα με κριτήρια ομοιότητας (όπως τον αριθμό Reynolds). Ωστόσο, ακόμα και με δεκαετίες πειραμάτων, οι κατασκευαστές αεροσκαφών έχουν αντιμετωπίσει σοβαρές έκπληξης. Για παράδειγμα, όταν κατασκευάστηκε το μεγάλο στρατιωτικό αεροπλάνο Lookheed Galaxy, αποδείχτηκε ευαίσθητο σε ένα φαινόμενο αεροελαστικότητας: άρχισε να... χτυπά τα φτερά του, κάτι που τα πειράματα σε ανεμοσωλήνες και οι αριθμητικές προσομοιώσεις δεν είχαν αποκαλύψει καθόλου. Αυτές οι ταλαντώσεις μπορούσαν να αποβούν καταστροφικές. Πράγματι, η φθορά των δομικών στοιχείων ενός αεροσκάφους σχετίζεται κυρίως με ένα φαινόμενο εξάντλησης των υλικών. Αντί να αλλάξουμε τη δομή των φτερών αυτού του αεροσκάφους, προτιμήσαμε να το εξοπλίσουμε με ένα σύστημα ελέγχου που αντισταθμίζει με τη βοήθεια των αλλεργιών αυτήν την κίνηση "flutter". Παρόμοιο πρόβλημα για την Αμερικανική Διαστημική Σκάφος, που προκαλούσε τα πιο έντονα προβλήματα. Πράγματι, οι σχεδιαστές έπρεπε να προβλέψουν τις πτητικές της ιδιότητες σε όλες τις στρώσεις του αέρα που διέτρεχε, που έφταναν από τον πιο αραιωμένο μέχρι τον πιο πυκνό αέρα. Σε αυτές τις συνθήκες, το "κέντρο θραύσης" μετακινείται. Κατά την πρώτη πτήση, η κατάσταση έφτασε σχεδόν σε καταστροφή. Μετά από τη λήψη ενός φορτίου που εκτιμήθηκε ως τυπικό, το σκάφος αποδείχτηκε απότομα αναστρεφόμενο, τόσο πολύ που ο πιλότος έπρεπε να τοποθετήσει το χειριστήριο στο στομάχι του. Το σκάφος πέρασε σχεδόν στην πλάτη, προκαλώντας ζημιές στα πλακίδια της κορυφής, που δεν είχαν σχεδιαστεί για να αντέξουν τη θέρμανση. Το σκάφος επέστρεψε στην κανονική του θέση πτήσης μόλις στην ώρα. Τι έκανε η NASA; Αντί να ανασχεδιάσει το σκάφος, πρ