Chaque partie d’un lanceur, d’une rampe de lancement et d’un équipement d’opération au sol est soumise à la charge acoustique élevée générée lors du décollage. [1]. Par conséquent, de nombreuses mesures extrêmes sont prises pour tenter de supprimer cet environnement acoustique en amortissant avec un système de déluge d’eau et en détournant les panaches du moteur du véhicule via des tranchées de flamme. Même une réduction d’un seul décibel des niveaux acoustiques peut se traduire par une réduction considérable des charges acoustiques, des besoins de certification, des coûts opérationnels et même du poids du véhicule. Par conséquent, l’abaissement du niveau acoustique via divers systèmes d’atténuation est un aspect important de la conception d’une rampe de lancement.
En 2011 et 2012, le NESC a parrainé des recherches sur l’efficacité d’un réseau de microphones (MPA) pour identifier les sources de bruit et a testé le réseau lors d’un lancement d’Antares depuis l’installation de vol de Wallops. [2]. Ce prototype simple a permis d’identifier les sources de bruit liées aux impacts lors du lancement.
Aujourd’hui, s’appuyant sur ces travaux antérieurs, une nouvelle architecture MPA en treillis à espace ouvert est en cours de développement et de test en vue d’une utilisation lors du lancement d’Artemis II. Cette structure en treillis se compose d’un cadre tubulaire en aluminium contenant 70 microphones montés dans des positions optimisées sur une surface en forme de dôme (Figure 1). La structure centrale de la cartouche contient des caméras visibles et infrarouges ainsi que l’amplificateur électronique qui transfère et relaie les signaux du microphone vers des câbles de données qui envoient des informations au système d’acquisition de données monté au sol. Les données collectées sont post-traitées à l’aide d’une routine de formation de faisceaux fonctionnelle-orthogonale qui minimise les effets des lobes secondaires et des réflexions sur le signal acoustique. [3]. Cela produit une image beaucoup plus nette des sources primaires d’impact du bruit émanant des structures du véhicule et de la rampe de lancement.
Figure 1. Vue générale du MPA, du faisceau de câbles et de l’armoire d’acquisition de données.
L’activité NESC effectue des tests de vérification et de validation pour déterminer la capacité de survie environnementale du MPA et valider la capacité de formation de faisceaux. Cela se fait en utilisant une approche de test par étapes. Les tests de phase 1 effectués à l’ARC ont élevé le MPA (Figure 2) et utilisé des klaxons et des haut-parleurs d’intensité connue pour garantir sa capacité à identifier et à séparer les sources de bruit (Figure 3).
Figure 2. Configuration pour le test en extérieur utilisant un klaxon de train et un haut-parleur de dispositif acoustique à longue portée (LRAD). Le MPA a été élevé pour tester les hauteurs par un chariot télescopique.
Figure 3. Comparaison entre différents schémas de forme de faisceau à f fixe = 1 338 Hz avec un centre de réseau à 100 pieds horizontal et 10 pieds au-dessus du haut-parleur LRAD.
Au cours de la phase 2, le système a été soumis à un environnement sonore réel de moteur lors d’un essai d’incendie statique à SSC. Le MPA a observé le banc d’essai du moteur A-1 lors d’un essai du moteur RS-25 à 460 pieds, une distance similaire entre le KSC Pad 39B et la tour de foudre, où le MPA sera monté pour Artemis II (Figure 4). Les résultats ont permis d’identifier et d’identifier les sources acoustiques transitoires du moteur pendant le test (Figure 5).
Figure 4. Système d’échafaudage utilisé pour monter le MPA et emplacement du réseau par rapport au banc d’essai SSC A-1. Crédit d’image de droite : Google Maps
Sources de bruit identifiées aux fréquences centrales de tiers d’octave indiquées à l’aide d’une forme de faisceau orthogonale fonctionnelle.
Le test final a eu lieu lors du lancement du NG-19 Antares depuis l’installation de vol de Wallops en juillet 2023. Le MPA a suivi le panache et l’environnement acoustique pendant le lancement, montrant la transition de la poussée initiale du moteur à l’environnement de surpression s’écoulant de la tranchée de flamme alors que le véhicule décollé (Figure 6). Le réseau a pu collecter des données significatives lorsqu’il était monté à l’extérieur, dans des conditions acoustiques similaires à celles attendues lors du lancement d’Artemis II et également soumis à la chaleur, à l’humidité, à l’air salin et à des conditions météorologiques extrêmes.
Figure 6. Evolution temporelle de la génération de sources de bruit lors du lancement du NG-19. L’intensité acoustique du flux redirigé depuis l’ouverture de la tranchée de flamme évolue pour devenir une Source de bruit beaucoup plus forte, tandis que l’acoustique du panache est efficacement atténuée par la suppression du bruit à la surface de la rampe de lancement.
Ensuite, le MPA sera déployé au KSC pour le lancement d’Artemis II afin de mesurer l’impact acoustique et d’identifier les sources de bruit critiques lors de cet événement. Les données collectées aideront à affiner et à optimiser davantage les systèmes de suppression du bruit pour Artemis III et les lancements futurs.
Les références:
- Eldred, KM & Jones, GW, Jr., « Charge acoustique générée par le système de propulsion », NASA SP-8072, 1971.
- Panda, J., Mosher, RN et Porter, BJ, « Identification de la Source de bruit lors des tirs d’essai de moteurs de fusée et du lancement d’une fusée », Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 51, n° 4, juillet-août 2014. DOI : 10.2514/1.A32863
- Dougherty, RP, « Functional Beamforming for Aeroacoustic Source Distributions », 20e conférence aéroacoustique AIAA/CEAS, 10.2514/6.2014-3066, 2014.
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