Цифровые двойники и индийская космическая экономика

Концепция «цифрового двойника» предлагает универсальные решения для быстро развивающегося космического сектора, начиная от производства спутников и обслуживания на орбите и заканчивая моделированием миссий.

Спутниковый бизнес переживает стремительные цифровые изменения, поскольку на рынок выходят новые компании, ориентированные на космические технологии, особенно в секторе коммерчески привлекательной низкой околоземной орбиты.

С запуском почти 6000 спутников на орбиту за последние 60 лет, космос теперь рассматривается как важнейший компонент национальной инфраструктуры, такой же, как коммунальные услуги электроснабжения или водоснабжения.

Состояние индийского космоса

Индия добилась заметного прогресса, особенно после реформ, объявленных правительством в 2020 году, направленных на расширение участия частного сектора в этом секторе.

В настоящее время насчитывается более 150 стартапов, работающих в различных областях, включая разработку ракет-носителей, проектирование перспективных спутников, создание решений для космической ситуационной осведомленности (SSA) и создание приложений на основе космических технологий.

Благодаря росту государственных и частных инвестиций в этот сектор, расширению участия коммерческих компаний и появлению новых спутниковых технологий, услуг и приложений, известные инвестиционные банки и поставщики финансовых услуг, такие как Morgan Stanley, Citi и UBS, прогнозируют, что мировой рынок космической отрасли вырастет до 1 триллиона долларов к 2040 году с его нынешней стоимости в 386 миллиардов долларов в 2021 году.

Кроме того, учитывая ежегодный рост, наблюдаемый в Индии, ожидается, что космическая экономика страны достигнет 40 миллиардов долларов к 2040 году.

Текущая стоимость космического рынка Индии составляет около 8 миллиардов долларов США, при этом совокупный годовой темп роста (CAGR) в последние годы составляет 4% по сравнению с глобальным показателем в 2%.

Количество компаний SpaceTech по странам

Цифровые двойники и космос

Цифровой двойник рекламируется как следующая большая вещь для космического сектора из-за растущего спроса на цифровые инженерные инструменты для создания сложных спутниковых сетей.

Быстро развивающаяся космическая отрасль может извлечь большую выгоду из использования технологий цифровых двойников, особенно в таких областях, как строительство спутников, освоение космоса и космическая инфраструктура.

Цифровой двойник может повысить производительность, снизить риски и стимулировать инновации в космическом секторе, создавая виртуальные копии спутников, астероидов и других космических активов.

Разработка и эксплуатация спутников

Оптимизация конструкции: инженеры могут моделировать и тестировать конструкции спутников с помощью цифрового двойника, который затем может быть использован для оптимизации конфигурации, веса и баланса отдельных компонентов перед их изготовлением. Это может привести к снижению затрат на разработку и повышению производительности спутников.

Планирование полетов: Использование цифрового двойника может помочь планировщикам миссий оптимизировать окна запуска, покрытие наземных станций и другие характеристики миссии путем моделирования орбит спутников, каналов связи и характеристик полезной нагрузки.

Профилактическое обслуживание: Цифровой двойник может помочь обнаружить возможные проблемы до того, как они станут серьезными, и обеспечить быстрое техническое обслуживание или корректировку для продления срока службы спутника, отслеживая состояние и производительность спутников на орбите.

Космонавтика

Астрономия: Цифровые двойники способны создавать виртуальные представления небесных объектов, включая, помимо прочего, Землю, планеты, луны и астероиды. Такие модели могут способствовать научным исследованиям их геологии, климата и потенциала для поддержания жизни, а также позволяют формулировать будущие миссии.

Проектирование и тестирование космических аппаратов: Цифровой двойник способен воспроизводить рабочее поведение космического аппарата в различных условиях, включая радиационное воздействие, экстремальные температуры и микрогравитацию. Это может помочь инженерам повысить точность проектирования, снизить риски и повысить вероятность достижения целей миссии.

Подготовка астронавтов и симуляция миссии: цифровой двойник может быть использован для воспроизведения реальных сценариев миссии, предоставляя астронавтам безопасную и виртуальную среду для тренировок и выполнения своих обязанностей.

Космическая инфраструктура

Обслуживание и производство на орбите: Цифровые двойники позволяют моделировать сложные взаимодействия между обслуживающими аппаратами, космическими станциями и спутниками, тем самым облегчая оптимизацию роботизированных операций и снижая риски во время обслуживания и производства на орбите.

Управление космическим движением: Использование цифровых копий космических средств и соответствующих им орбитальных траекторий может облегчить моделирование и прогнозирование возможных столкновений, тем самым повышая эффективность управления космическим движением и снижая вероятность орбитальных аварий.

Космические сети связи: Цифровой двойник может быть использован для оптимизации проектирования, развертывания и эксплуатации космических сетей связи, в частности, спутниковых группировок, чтобы гарантировать оптимальное покрытие и эффективность полосы пропускания.

План НАСА Next Space

Sierra Space Corporation, американская космическая инженерная компания, занимается строительством космических платформ, повышающих качество жизни на Земле.

Космический аппарат Dream Chaser, первый в мире крылатый коммерческий космический самолет, позволит человеку проживать и работать в космосе, тем самым катализируя трансформационный сдвиг в человеческой цивилизации. В настоящее время этот КА разрабатывается для облегчения транспортировки грузов на Международную космическую станцию и обратно.

Этот многоразовый космический самолет составляет примерно четверть размера космического шаттла и будет способен приземляться на любой совместимой коммерческой взлетно-посадочной полосе по всему миру, с временем выполнения рейса, сравнимым с авиакомпанией.

Команда Sierra Space использовала инструменты из портфеля решений платформы Siemens Xcelerator для моделирования условий, с которыми Dream Chaser столкнется во время своих миссий, включая тепловые и механические нагрузки.

Цифровой двойник используется для моделирования и анализа различных сценариев, таких как время, необходимое для замены плитки солнечной батареи или кислородного баллона.

Использование Siemens Teamcenter в качестве хранилища точной информации позволило Sierra Space внедрить значительное количество инноваций. Это связано с тем, что инженеры имеют возможность сконцентрироваться на дизайне и функционале Dream Chaser, а не на бюрократических аспектах передачи данных из одной системы в другую.

Ускорение циклов проектирования было значительным, как и ускорение производственных циклов. Компания Sierra Space отметила сокращение времени сборки от половины до двух третей. Сборка деталей стала более эффективной, и бригады сталкиваются с меньшим количеством препятствий.

К 2030 году значительное число людей будет проживать или заниматься профессиональной деятельностью на низкой околоземной орбите. Люди смогут отправиться на космодром Sierra Space во Флориде, сесть на космический корабль Dream Chaser и провести от одной до двух недель на низкой околоземной орбите, прежде чем вернуться и приземлиться в любом аэропорту.

Установка на низкую околоземную орбиту будет способствовать многочисленным технологическим достижениям, включая производство 3D-органов в космосе и другие инновации, направленные на искоренение болезней, которые поражали человечество на протяжении веков.