Fãs de beisebol da NASA batem um fora do parque para a ciência de foguetes

Uma equipe de pesquisadores e fãs de beisebol no Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, Virgínia, está usando bolas de beisebol para ajudar a melhorar as simulações de computador que avançam as tecnologias aeroespaciais. Quando um arremessador libera uma bola de beisebol e acelera em direção ao batedor a 95 mph, o movimento da bola é impactado por forças complexas do ar através do qual ela está voando. Mas como isso se relaciona com a ciência de foguetes?

Na NASA, os pesquisadores usam programas de computador para realizar simulações grandes e complexas para prever como o ar se move sobre naves espaciais e aviões. As simulações, conhecidas como dinâmica de fluidos computacional (CFD), suportam programas de aeronaves e veículos de lançamento, como o Space Launch System (SLS), um foguete projetado para levar astronautas e carga à Lua.

Kestrel, um programa de simulação de computador de aerodinâmica, é uma ferramenta de trabalho para a análise do foguete SLS. “Somos bem versados no uso do Kestrel para o nosso trabalho SLS, mas ele pode fazer muito mais. Estamos interessados nesses novos recursos e funcionalidades que podem ser aproveitados para projetos futuros”, disse o Dr. Brent Pomeroy, aerodinamicista da NASA e ávido fã do Seattle Mariners.

Aerodinâmica é o estudo de como o ar se move em torno de objetos, o que inclui foguetes, aviões, carros ou até mesmo bolas de beisebol. Uma bola de beisebol é um ótimo exemplo de um objeto que pode ser usado para desenvolver novas habilidades – parece ser uma forma simples, mas detalhes como as costuras e pontos tornam sua aerodinâmica mais complexa.

A equipe da NASA está usando bolas de beisebol como uma maneira de validar técnicas aerodinâmicas computacionais que podem ser usadas para avançar a tecnologia da NASA. É mais simples e evita o uso de dados confidenciais sobre a geometria real do foguete.

“Com uma bola de beisebol, você pode usar trajetórias para validar CFD muito mais facilmente do que veículos aeroespaciais que exigem testes de voo caros e complicados. Essas comparações desenvolvem ainda mais a tecnologia usada para simulações”, acrescentou Sarah Langston, experimentalista da NASA e fã vitalícia do Chicago Cubs.

Pomeroy e Langston queriam contratar um estagiário para o projeto, e eles selecionaram Richard Huang, um fã do Baltimore Orioles. Ele está em seu terceiro ano na Universidade de Maryland estudando engenharia aeroespacial.

Usando uma varredura de computador do Laboratório de Ciências do Esporte da Universidade Estadual de Washington e do Laboratório de Metrologia Langley da NASA, Pomeroy gerou meticulosamente um arquivo de computador refletindo a forma de uma bola de beisebol. Isso incluía não apenas a forma redonda da bola, mas também os detalhes intrincados das costuras. Pomeroy disse: “Era fundamental que modelássemos uma bola da Major League Baseball com o máximo cuidado para maximizar a precisão da simulação”.

Com o modelo de computador do beisebol da MLB, a equipe começou a trabalhar adicionando quatro novas ferramentas à sua caixa de ferramentas Kestrel: rugosidade superficial, transição da camada limite, movimento prescrito e movimento do corpo de resposta.

Tradicionalmente, o CFD é feito usando uma superfície lisa. No entanto, esta equipe está investigando os efeitos da aspereza. “As simulações de rugosidade dão uma melhor representação do mundo real e podem melhorar a precisão dos modelos, reduzindo o custo dos testes e tornando os voos espaciais tripulados mais seguros”, disse Langston.

Normalmente, as simulações são executadas com uma camada limite totalmente turbulenta. Na realidade, no entanto, o fluxo laminar pode ocorrer. Um dos benefícios do fluxo laminar é a redução de arrasto, que pode ser usada para projetar asas de avião eficientes. A introdução do fluxo laminar no processo de análise pode melhorar a robustez do projeto e os métodos computacionais.

A maioria dos experimentos e simulações de CFD são realizados com um modelo estacionário. No entanto, isso pode não ser apropriado, como o caso quando um foguete decola de uma plataforma de lançamento. Adicionar movimentos prescritos, como a rotação de uma bola de beisebol, avança as habilidades técnicas do grupo. “Simulações com um corpo em movimento podem ser usadas para investigar campos de fluxo que não são facilmente testados em um túnel de vento”, disse Pomeroy.

“Uma vez que uma bola de beisebol é lançada, a aerodinâmica afeta o movimento da bola no ar, chamado de movimento do corpo de resposta”, explicou Huang. Semelhanças podem ser vistas entre este tipo de simulação e a recente missão Artemis I. Por exemplo, a separação de boosters envolve o movimento de objetos devido a efeitos aerodinâmicos, assim como uma bola de beisebol.

“No setor aeroespacial, o CFD é feito usando grandes supercomputadores”, acrescentou Pomeroy. “Continuamos a avançar o estado da arte, aproveitando o software, o hardware e os recursos humanos. O resultado são sistemas de voo e exploração de próxima geração mais seguros que expandem nosso conhecimento e muito além da Terra.”

Pomeroy acrescentou: “Temos vários objetivos na NASA. Isso inclui avanços técnicos, suporte ao programa aeroespacial e desenvolvimento da força de trabalho. Como parte de nossa missão, a NASA ajuda milhares de estagiários todos os anos a desenvolver habilidades que eles levarão com eles para onde quer que vão.” Huang resumiu: “Ao longo deste estágio, desenvolvi minhas habilidades de análise e resolução de problemas, ao mesmo tempo em que avançava o futuro do voo espacial com novas técnicas de simulação. Participar desta equipe é um dos passos mais emocionantes no início da carreira que eu poderia ter dado!”

Brent Pomeroy, aerodinamicista computacional do Centro de Pesquisa Langley da NASA, se aproxima da placa e explica como sua pesquisa sobre aerodinâmica se aplica ao passatempo favorito dos Estados Unidos e ao foguete Space Launch System da NASA.

Fonte e imagens: NASA

Receba essa e outras notícias em seu celular, clique para acessar o canal PILOTO RIBEIRÃO no youtube, siga nosso perfil no Instagram  e Linkedin, faça parte de nosso telegram e conheça também nossa revista digital.