火箭在登上太空的过程中会剧烈震动、摇晃和弯曲，携带精密科学仪器的航天器必须承受这些力量。在任何火箭离地之前，NASA 的工程师们都会努力预测这些应力将如何影响航天器的每一部分。为此，位于佛罗里达的肯尼迪航天中心的 NASA 发射服务项目办公室的动态环境组的工程师们简化了他们确保航天器和火箭能够承受恶劣振动、冲击、应力或其他物理力量的方法，从而增强了任务的安全性。工程师们以一种新的方式使用商业数字软件工具，开发了一个标准化的有限元建模工作流程，以增强冲击和振动分析，并确保硬件为发射和上升的极端环境做好准备。NASA 肯尼迪发射服务项目办公室的飞行分析部主任布赖恩·比弗（Brian Beaver）说：“这种基于计算机的方法有助于预测火箭和航天器在极端条件下的表现，在硬件制造之前，有助于及早识别弱点和潜在故障风险，以便团队可以解决这些发现。”该团队最近在认证一家商业发射提供商为 NASA 任务选择的火箭时首次使用了该软件。商业合作伙伴提供了振动测试，但没有提供冲击测试。动态环境组确定需要进行冲击测试，并使用他们创建的模板进行假设比较、可视化结构行为以及解答以往需要大量人工建模才能解决的复杂问题。该团队验证了公司在飞行环境下的测试结果，分析提供了关于运输过程中冲击的新见解。NASA 肯尼迪发射服务项目办公室的航空航天工程师亚历克斯·哈特（Alex Hardt）说：“我们正在使用一种存在数十年的工具，但它通常不被动态环境学科所使用。我们正在改变这一点。我们在一个相对较新的动态领域中使用它。”尽管火箭和航天器被设计成能够吸收冲击和振动，但这些力量可能会导致磨损或潜在的飞行故障，尤其是在发射和上升期间。哈特说：“我们定义随机振动和冲击水平的严重程度，然后验证所有未来火箭上的部件都经过测试，确保其最大使用寿命。” 软件节省时间 多年来，工程师们通过经验法则或通过缩放以前的数据来估算冲击和振动环境，以估算每个火箭组件或航天器设备在组装和飞行后的影响。这种方法虽然有效，但严重依赖工程判断和从过去任务中得出的简单近似。由于大多数动态环境工程师不常使用有限元建模工具，他们往往需要重新学习复杂的工作流程。该软件取代了旧工具，并提供了一个标准模板，使工程师能够更快速和全面地了解振动特征和冲击条件。有限元分析是一种强大的仿真技术，将复杂结构分解为更小的组件，从而使计算机能够准确预测航天器或火箭如何响应特定的力量或发射环境。这一点至关重要，因为在地面可以解决问题；一旦火箭离开发射台，大多数问题无法修复或纠正，因此早期识别至关重要。哈特说：“我们用它迅速获得了对验证提供商系统的非常有价值的见解。它已经为一些通常需要很多努力的事情提供了深刻的见解。”哈特表示，能够使用有限元模型可视化不直观的动态问题，也突显了该软件在学习、效率和与 NASA 以人为本的文化对齐方面的宝贵影响。这个工作流程可以帮助工程师分享知识，利用额外的飞行数据来完善评估，并提高对建模工具的熟练度。这个能力已经节省了数月的时间，使团队能够独立进行分析，而无需请求和等待分析报告或数据，同时帮助他们识别以前未考虑的风险。NASA 的发射服务项目办公室负责发射火箭，运送航天器观察地球、访问其他行星以及探索宇宙，从气象卫星到空间望远镜再到火星探测车。该团队不断采用这样的新工具，以为每个任务提供最高的实际成功机会。