Моделирование, симуляция и как все это изменит мир

Введение

Сегодня мы хотим рассказать о современных подходах к моделированию самых разнообразных задач и настоящих космических миссий. Сегодня сфера IT затрагивает буквально все сферы жизни. Интеллектуальные системы и программные продукты уже достаточно развиты для того, чтобы максимально реалистично смоделировать поведение самых сложных объектов, в том числе и космических аппаратов. Как правило инженерные продукты и системы могут включать в себя тысячи компонентов и подсистем. Сегодня существует программное обеспечение, позволяющее проводить полный мультифизический анализ систем, оценивая взаимодействие всех компонентов. В статье мы расскажем про пример использования систем моделирования для запуска спутника, оценки работы 5G и IoT систем. В общем поговорим о футуристическом и “несбыточном” будущем.

Моделирование космических миссий

Сложность этой задачи заключается в том, что выведенный на орбиту спутник нельзя вернуть обратно. Для подобных задач не существует второго шанса. Поэтому моделирование критически важно для обеспечения уверенности в том, что каждый компонент системы (часть конструкции, системы запуска, развертывания спутника, системы двигателей или бортовые системы спутника) выполнит свою функцию. Лидером в области решения таких задач является ANSYS Analytical Graphics, Inc. (AGI). Это пионер в области цифровой инженерии различных миссий. Подобные системы нужны для того, чтобы моделировать систему в реальной рабочей обстановке.

Ключевой сектор для применения подобных систем - аэрокосмическая техника, где ставки очень высоки и нет второго шанса. Помимо этого, продукты AGI позволяют углубить разработку структур 5G. AGI была основана в 1989, и главной задачей компании было изменить подход к планированию спутниковых миссий. Однако вскоре AGI расширила область своих интересов, так как множеству разработчиков железа нужна была среда, в которой они могли бы моделировать объекты в различных физических условиях и средах: на суше, море, космосе и т.д. Нужно потратить колоссальное количество времени и денег на создание компонентов, которые могут адекватно работать в реальной рабочей среде и нормально взаимодействовать с другими компонентами системы. И этих затрат можно полностью избежать, применяя цифровой инженерный подход.

Программное обеспечение AGI имеет прямое отношение к многим программам, которые вы могли видеть в новостях высоких технологий в последнее время. Например, недавняя миссия OSIRIS-Rex от NASA, в который беспилотный летательный аппарат взял образцы грунта с астероида Бенну. Или недавние успехи SpaceX с успешной посадкой ступеней космических аппаратов обратно на землю. Конкретно в таком ПО и проводится моделирование подобных задач:

А SpaceX использует вот это:

Так например, флагманский софт AGI, Systems Tool Kit (STK) был использован для расчета точной последовательности действий и маневров, которые позволили космическому аппарату коснуться поверхности астероида, не столкнувшись с ним: 

Видео посадки искусственного спутника

Пока проект OSIRIS-Rex остается самой известной миссией, реализованной при поддержке AGI. Однако нельзя не упомянуть “пасхалку”, которую перед каждым новым годом запускает AGI совместно с Североамериканским командованием воздушной обороны (NORAD):

Они создают Санта-трекер, который привлекает внимание 24 миллионов людей по всему миру каждый год. AGI используют STK для моделирования пути Санты, позволяя отследить его предполагаемый маршрут по миру и записать видео его визита в самые популярные места.

Кроме этого, системы, подобные AGI применяются в таких областях как:

• Аэродинамика - перенаправление работы с физически существующих систем на их цифровой вид, что позволяет ускорить разработку и оценить взаимодействие всех доступных компонентов.
• Телекоммуникации - оценка конфигурации телекоммуникационной системы позволяет оптимизировать и создать максимально производительную конфигурацию с минимальными затратами.
• Ракетные системы - модели взрывателей и генерация данных о взаимодействии датчиков и других объектов, составляющих целые ракетные комплексы. Моделирование применяется для того чтобы отслеживать параболические траектории ракет для поражения наземных целей или прямые траектории ракет, предназначенных для поражения целей в космосе. ПО дает возможность изучить полную картину взаимодействия всех частей системы, чтобы оперативно отреагировать на любую ракетную угрозу, где бы она ни находилась.
• Радары - для оценки эффективности радара, недостаточно знать его максимальное покрытие. Вам нужно отслеживать его покрытие с течением времени при различных погодных условиях и изменении покрытия местности. Это позволит обнаружить цели в любой момент времени.
• Космические операции - космос является средой с повышенным риском, так как любая ошибка может привести к провалу миссии. Программное обеспечение AGI предлагает единое решение для комплексного моделирования всех компонентов миссии, что позволяет решать множество задач: отслеживание спутников, построение траекторий, исследование аномалий - всё это позволяет избегать рисков.