Network
ISU BOGOR - NASA menerapkan kecerdasan buatan (AI) untuk "mengoptimalkan" pengembangan mesin jet hipersonik yang dapat merevolusi pesawat, peluncuran luar angkasa, dan persenjataan rudal.
Objek hipersonik adalah objek yang bergerak lebih dari lima kali kecepatan suara, atau 3.806 mph, cukup cepat untuk terbang dari London ke New York dalam waktu kurang dari satu jam.
Untuk rudal – seperti yang baru-baru ini dikerahkan oleh Rusia melawan Ukraina atau yang sedang diuji oleh AS – mencapai kecepatan seperti itu dapat memungkinkan mereka untuk menghindari sistem pertahanan udara dan sistem rudal anti-balistik saat ini.
Itu juga membuat mereka lebih mampu menembus struktur yang sangat terlindung dan mampu menghancurkan target hanya dengan energi kinetik, bahkan tanpa memperhitungkan muatan bahan peledak tinggi.
Namun, kemampuan untuk melakukan perjalanan dan manuver pada kecepatan hipersonik menghadirkan tantangan rekayasa yang signifikan dan beragam.
Ketika rudal atau pesawat menembus penghalang suara, itu mulai menghasilkan gelombang kejut yang lebih panas, lebih padat, dan bertekanan lebih tinggi daripada udara di sekitarnya.
Baca Juga: Ancaman Badai Matahari, NASA: Akan Hantam Bumi Lebih Cepat dari Perkiraan
Dan dalam rezim hipersonik, gesekan udara mencapai besarnya sedemikian rupa sehingga akan mulai melelehkan bagian-bagian dari pesawat komersial konvensional.
Di atas semua ini, insinyur kedirgantaraan harus mempertimbangkan tidak hanya bagaimana udara mengalir di sekitar pesawat atau senjata yang bersangkutan, tetapi juga bagaimana ia berperilaku saat bergerak melalui mesin dan berinteraksi dengan bahan bakar.
Mesin jet konvensional, "bernapas udara" seperti yang terlihat di pesawat penumpang besar, secara aktif menarik dan mengompresi oksigen untuk memungkinkan mereka membakar bahan bakar saat terbang — misalnya, melalui bilah kipas yang berputar.
Baca Juga: Detektor Asteroid NASA Ditingkatkan, Seluruh Langit Bisa Dipantau Setiap 24 Jam
Di atas tiga kali kecepatan suara, bagaimanapun, ini menjadi tidak perlu, karena perjalanan jet atau senjata di udara mencapai ini dengan sendirinya.
Apa yang disebut mesin ramjet dan scramjet yang memanfaatkan prinsip ini dapat mencapai tingkat efisiensi bahan bakar yang, sebagai perbandingan, roket tidak bisa.
Namun, model dinamika fluida yang diperlukan untuk mengembangkan mesin semacam itu dengan memprediksi bagaimana mereka akan merespons gaya fluida di sekitar dan di dalamnya pada dasarnya sulit.
Baca Juga: Gunung Semeru Erupsi, Citra Letusan Terdeteksi Satelit Luar Angkasa NASA
Insinyur mekanik Dr Sibendu Som dari Pusat Penelitian Tenaga dan Propulsi Tingkat Lanjut Argonne National Laboratory Departemen Energi AS, mengatakan: “Interaksi kimia dan turbulensi sangat kompleks dalam mesin ini.
“Para ilmuwan perlu mengembangkan model pembakaran canggih dan kode dinamika fluida komputasional untuk menggambarkan fisika pembakaran secara akurat dan efisien.”
NASA, misalnya, telah mengembangkan kode dinamika fluida komputasi hipersonik yang dijuluki VULCAN-CFD, dinamai menurut dewa api Romawi, yang mensimulasikan bagaimana perilaku pembakaran dalam aliran udara turbulen mesin pada kecepatan sub, super, dan hipersonik.
Perangkat lunak ini bekerja dengan mewakili bahan bakar yang terbakar dalam tabel multidimensi yang besar, di mana setiap entri menyimpan snapshot api satu dimensi yang dijuluki "flamelets".
Tantangan dengan pendekatan ini, bagaimanapun, adalah bahwa ukuran set data ini berarti bahwa mereka membutuhkan sejumlah besar memori komputer untuk diproses.
Untuk mengatasi masalah ini, Dr Som dan rekan-rekannya di Argonne telah bekerja sama dengan NASA untuk menerapkan teknik pembelajaran mesin untuk membantu mengurangi persyaratan komputasi.
Jaringan saraf tiruan dapat memperoleh wawasan dari data dengan cara yang hampir sama seperti yang dilakukan otak manusia.
Oleh karena itu, dengan melatihnya di atas tabel flamelet, jaringan saraf dapat memperoleh jalan pintas ke "jawaban" tentang bagaimana perilaku pembakaran di dalam mesin super dan hipersonik.
Tim sebelumnya menggunakan pendekatan yang sama dalam studi yang melihat aplikasi subsonik.
Anggota tim Argonne, Dr Sinan Demir mengatakan: "Bekerja dengan NASA memberi kami kesempatan untuk mengintegrasikan pengembangan baru kami dalam kode dinamika fluida komputasi yang canggih."
Ini, tambahnya, akan membantu lebih meningkatkan pengembangan untuk desain yang lebih efisien dan optimalisasi jet hipersonik.
"Kemitraan antara Argonne dan NASA sangat berharga karena model dan perangkat lunak kami dapat diterapkan secara efektif untuk mereka."
“Ini adalah cara untuk melakukan simulasi dinamika fluida komputasi propulsi berkecepatan tinggi secara berbeda,” tambah dr Sinan Demir.
Temuan lengkap dari penelitian ini dipresentasikan di American Institute of Aeronautics and Astronautics 'SciTech Forum and Exposition awal tahun ini.***
