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LE
AMES RESEARCH CENTER
Le Ames Research Center est situé à
Moffett Field, en Californie au coeur de la "Silicon Valley" été
crée le 20 décembre 1939 en temps que partie de la NACA National Advisory
Committee on Aeronautics (NACA) pour assurer une supériorité militaire et
civile des américains en matière d' aviation. En 1958, le centre Ames et les
autres centres NACA deviennent membre de la nouvelle NASA, jouant le rôle de
précurseurs dans le développement de voilure, système de rentrée dans l'
atmosphère, les vols hypersonique, les protections thermiques et les
simulateurs de vol. Ames devient vite un partenaire dans le programme spatial
notamment sur la recherche de vie dans l' univers et le développement de
système de survie pour les futures missions et les effets de l' espace sur l'
homme.
En 1960 et 1970, le centre gère
le
succès des sondes Pioneer vers Jupiter et Saturne. Le Dr Henry Mc Donnal est le
directeur depuis 1996.
Le centre AMES a contribué de façons majeures
aux premiers développements du système STS notamment concernant
l'aérodynamique/aérothermodynamique de l'ascension du stack Orbiter réservoir
boosters (une combinaison d'effets aérodynamiques et thermiques), au système de
protection thermique (TPS) qui empêche l'orbiteur de brûler pendant la rentrée,
à la technologie d'approche et d'atterrissage à basse vitesse et à la recherche
sur simulateur.
L'une des premières tâches d'Ames était de comprendre l'aérodynamique du Boeing
747 spécialement modifié utilisé pour transporter l'orbiteur de Dryden au KSC.
L'aérodynamique des véhicules accouplés et l'interférence des flux entre les
véhicules devaient être bien comprises avant de s'engager dans la conception et
le vol. Comprendre le processus de séparation du 747 et de l’orbiteur était une
autre exigence. Les essais dans la soufflerie de 14 pieds d'Ames ont été une
contribution majeure au succès des essais en vol du modèle 747/orbiteur grandeur
nature Enterprise.
Ames a fait d'énormes efforts pour développer
l'aérodynamique et l'aérothermodynamique de la navette. Plus de 50 pour cent des
tests en soufflerie effectués pour la navette ont été effectués à Ames. Presque
toutes les études aérodynamiques à Ames ont utilisé l'extraordinaire collection
de souffleries du centre, y compris la soufflerie de 40 pieds sur 80 pieds, la
soufflerie à pression de 12 pieds, les souffleries transsoniques de 2 pieds, 11
pieds et 14 pieds, les souffleries supersoniques de 6 pieds sur 6, 8 pieds sur 7
pieds et 9 pieds sur 7 pieds, et la soufflerie hypersonique de 3,5 pieds.
Plus de 10 000 heures d'essais en soufflerie ont eu lieu avant même
l'attribution du contrat de conception et de construction de la navette en 1972.
Plus de 25 000 heures d'essais en soufflerie ont eu lieu par la suite.
Des tests sur l'aérodynamique de la pile de montée (l'orbiteur, le réservoir
externe et les propulseurs de fusée à poudre) et les interactions avec le
panache d'échappement ont été effectués dans la section supersonique de 9 pieds
sur 7 pieds de la soufflerie du plan unitaire d'Ames. Ces tests ont aidé les
ingénieurs à s'assurer que les parties arrière du véhicule étaient correctement
conçues et qu'elles fonctionneraient en toute sécurité pendant la montée.
L'un des tunnels les plus utilisés pour les
essais de navettes était la soufflerie hypersonique de 3,5 pieds, capable de
simuler un vol à Mach 5, 7 et 10. Cette installation a fourni environ 47 % du
total des heures d'essais en soufflerie à Ames.
Avant la navette spatiale, la plupart des
véhicules d’entrée étaient des formes relativement simples et émoussées, sans
gouvernes aérodynamiques. La navette devait devenir le premier véhicule d'entrée
de type avion doté de gouvernes mobiles. La soufflerie hypersonique de 3,5 pieds
a contribué de manière égale à l'aérodynamique de montée et d'entrée et à
l'aérothermodynamique d'entrée. Les données et les analyses des simulations de
soufflerie d'Ames ont ensuite été utilisées pour affiner les méthodes
d'estimation de l'échauffement sur la navette à grande échelle.
L'aéro/aérothermodynamique d'entrée de la navette a été réalisée avant
l'avènement de la dynamique des fluides informatique tridimensionnelle moderne
en gaz réel, une réalisation ultérieure dirigée par Ames.
Simulation des gaz ionisants autour de l'
Orbiter pendant la rentrée dans l' atmosphère en 1975
Le système de protection thermique de la
navette TPS empêche le véhicule de brûler à cause de la chaleur brûlante des gaz
chauds qui existent dans une couche de choc en arc qui enveloppe le véhicule
lorsqu'il rentre dans l'atmosphère terrestre. Ces gaz atteignent des
températures allant jusqu'à 25 000 degrés F et chauffent la surface du véhicule
jusqu'à 3 000 degrés F. Le véhicule entre dans l'atmosphère avec un angle
d'attaque d'environ 40 degrés.
Au début des années 1970, Ames et JSC ont évalué un grand nombre de matériaux
TPS candidats pour l'orbiteur de la navette spatiale dans leurs installations à
jet d'arc. Ces installations sont là pour simuler l'échauffement d'entrée qui se
produit aux endroits du corps où le flux est amené au repos (le point de
stagnation, généralement sur le nez, les bords d'attaque des ailes et sur la
superficie du véhicule). Les simulations doivent durer de quelques minutes à
plusieurs dizaines de minutes pour comprendre la réponse des matériaux TPS à
l'environnement d'écoulement de gaz chauds. Les gaz chauffés sont détendus soit
par des buses coniques pour les tests de point de stagnation et de bord
d'attaque des ailes, soit par des buses semi-elliptiques pour les tests de
superficie. La capacité d'Ames à tester une section de 2 pieds sur 2 pieds du
champ de tuiles dans des conditions reproduisant le chauffage aéroconvectif et
la réaction chimique de la couche limite pendant des conditions d'entrée
simulées a été un élément essentiel dans le développement de la navette TPS.
Parmi ces nouveaux types de matériaux de
protection thermique figurait le système de dalles de silice LI-900 développé
par Robert Beaseley et son équipe de Lockheed Missiles and Space Company, à
Sunnyvale, ainsi que plusieurs autres systèmes conceptuellement similaires
développés par d'autres sociétés. Afin de comprendre pourquoi les différents
matériaux de carrelage se comportaient comme ils l'avaient fait lors des tests
de jet d'arc, Ames a lancé un programme de recherche sur l'analyse des carreaux,
qui s'est rapidement transformé en un programme de développement de carreaux.
Lorsque le système de dalles LI-900 a été choisi comme système de base en 1973,
Ames avait déjà commencé à apporter des contributions significatives à
l'amélioration rapide de la technologie.
Ames a montré la même année comment la pureté des fibres de silice utilisées
dans les carreaux contrôlait leur tenue en température et leur durée de vie. En
1975, Ames a inventé le revêtement en verre borosilicaté noir appelé Reaction
Cured Glass (RCG) qui a été adopté par le LMSC et le programme de la navette en
1977 et qui couvre désormais les deux tiers de la surface des orbiteurs. Ce
revêtement fournit aux carreaux une surface à haute émissivité thermiquement
stable, qui sert à rayonner la chaleur et permet aux carreaux d'être fabriqués
selon la tolérance exigeante requise. Le revêtement recouvre le carreau, qui est
fabriqué en liant des fibres de silice pure résistantes aux hautes températures.
Le substrat de carrelage fini est similaire en apparence et en densité à la
mousse de polystyrène, mais ses propriétés thermiques sont telles que la surface
peut briller à blanc à plus de 2 300 degrés F et la face arrière du carreau ne
dépasse jamais 250 degrés F, seulement quelques pouces en dessous. la surface.
Ces remarquables dalles résistantes à la chaleur permettent à l'orbiteur de la
navette spatiale, qui est essentiellement un avion en aluminium, de voler à des
vitesses hypersoniques.
En 1974, Ames a inventé le carreau désormais connu sous le nom de LI-2200, qui
est plus résistant que le LI-900 et contient du carbure de silicium pour offrir
une meilleure capacité de température. Adoptée en 1978, cette nouvelle dalle a
remplacé environ 10 % du système de dalles de base LI-900 du premier orbiteur,
Columbia, lorsqu'un problème critique de résistance des dalles a été rencontré.
Plus tard, en 1977, Ames a inventé une nouvelle classe de carreaux appelés
isolants composites réfractaires fibreux (FRCI 12). En 1980, il a remplacé
environ 10 pour cent des précédents LI-2200 et LI-900, offrant un TPS plus
durable et économisant environ 500 livres du poids total du TPS.
Le flux de gaz chauds entre les tuiles lors de l'entrée dans l'atmosphère a été
considéré comme un problème sérieux lors du développement de l'orbiteur. En
réponse, Ames a développé un matériau de remplissage constitué d'un tissu en
céramique imprégné d'un polymère de silicone qui a été adopté comme solution au
chauffage des espaces pour Columbia. Le dispositif de remplissage d'espace
d'Ames a connu un tel succès qu'il a été adopté comme solution permanente aux
problèmes d'écoulement d'espace sur tous les orbiteurs. Plus de 10 000 sont
désormais utilisés sur chaque véhicule.
Du côté sous le vent de l’orbiteur, les gaz sont beaucoup plus froids lors de
l’entrée. Dans un premier temps, une dalle d'isolation de surface réutilisable à
basse température (LRSI) développée par LMSC a été utilisée. Ames (avec Johns
Manville) a développé une couverture isolante en silice flexible appelée
Advanced Flexible Réutilisable Surface Insulation (AFRSI) qui a remplacé la
plupart des LRSI sur les quatre derniers orbiteurs (Challenger, Atlantis,
Discovery et Endeavour) et a été modernisée sur Columbia.
Les premiers concepts de navette avaient des
orbiteurs qui auraient présenté des caractéristiques aérodynamiques loin d'être
idéales à leur retour sur Terre. Cela aurait pu conduire à de mauvaises qualités
de maniabilité, notamment lors de l'approche et de l'atterrissage. Le personnel
d'Ames possédant une expertise en matière de guidage et de contrôle a relevé le
défi de développer des concepts capables de compenser un aérodynamisme déficient
et d'assurer des qualités de maniabilité adéquates.
Toujours rougeoyant depuis son entrée à grande vitesse, l'orbiteur ralentit et
descend dans le régime supersonique/transsonique/subsonique de son retour. Là
encore, les souffleries d'Ames ont joué un rôle clé dans la définition de
l'aérodynamique de la navette et de la conception de l'orbiteur. La soufflerie
transsonique de 2 pieds, avec sa capacité jusqu'à Mach 1,4, a été utilisée pour
étudier les problèmes potentiellement gênants de flottement des panneaux. La
soufflerie pressurisée de 12 pieds a été utilisée pour étudier les
caractéristiques de manipulation à basse vitesse de l'orbiteur.
Les efforts d'Ames ont démontré que des atterrissages sans moteur pouvaient être
effectués à des vitesses d'au moins 200 nœuds sans problèmes majeurs. La
soufflerie de 12 pieds a été utilisée pour définir l'aérodynamique d'un avion
d'affaires Gulfstream 2 (G2) spécialement modifié avec des volets à levée
directe et des générateurs de force latérale. Ce véhicule a été utilisé pour les
essais en vol et la formation des astronautes. Le Convair CV 990 d'Ames et
l'avion G2 ont été utilisés pour prouver que l'orbiteur n'avait pas besoin d'un
moteur subsonique pour effectuer un atterrissage survol, une découverte
importante qui a évité d'avoir à payer la pénalité de poids liée au transport
d'un moteur d'atterrissage, de son carburant et de son support. sous-système en
orbite et retour. Le Gulfstream, désormais connu sous le nom de STA (Shuttle
Training Aircraft), est encore utilisé aujourd'hui par les pilotes astronautes
pour la formation en vol.
Enfin, un impressionnant modèle réduit à 36 %
de l'orbiteur, long de 44 pieds, a été fabriqué et testé dans la soufflerie de
40 pieds sur 80 pieds d'Ames. Ce modèle et la soufflerie de 40 x 80 pourraient
créer des nombres de Reynolds légèrement supérieurs à ceux de la soufflerie
pressurisée de 12 pieds. Un objectif important des tests de 40 pieds sur 80
pieds était d'identifier l'influence du TPS sur l'aérodynamique à basse vitesse
des orbiteurs. Ce modèle existe toujours, peint avec le ventre noir frappant et
le dessus blanc. Il est fièrement exposé devant l'Ames Visitor Center, près du
40 x 80 où il a été si intensément testé.
 
LISTING DES DIRECTEURS DU ARC
_ Dr. Smith J. DeFrance 1 octobre 1958- 15
octobre 1965
_ Dr. H. Julian Allen 15 octobre 1965- 15 novembre 1968
_ Dr. Hans Mark 20 février 1969- 15 août 1977
_ Dr. Clarence A. Sylvertson 15 août 1977- 30 avril 1978
_ Dr. Clarence A. Syvertson, 30 avril 1978- 13 janvier 1984
_ Dr. William F. Ballhaus Jr. 16 janvier 1984- 1 février 1988
_ Dr. Dale L. Compton 1 février 1988- 1 février 1989
_ Dr. William F. Balhaus Jr. 1 février 1989- 15 juillet 1989
_ Dr. Dale L. Compton 15 juillet au 20 décembre et du 20 décembre 1998-28
janvier 1994
_ Dr. Ken Munechika 28 janvier 1994- 4 mars 1996
_ Dr. Henry McDonald depuis le 4 mars 1996
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