Axiom Space正在使用Ansys模拟来建造第一个商业空间站

Axiom空间作为Ansys启动计划的成员之一，他正在迎接挑战。

Axiom Space由Michael Suffredini(2005年至2015年担任NASA ISS项目经理)和Kam Ghaffarian博士(NASA第二大工程服务承包商Stinger Ghaffarian Technologies, Inc.创始人)于2016年创立。2020年初，Axiom Space公司赢得了NASA建造第一个商业空间站的合同，该空间站最初附着在国际空间站的前节点上。在他们的网站上，公理中心一号(Axiom Hub One)的发射倒计时是3年10个月零1天，这个太空舱将前往国际空间站。

Ansys将在这段时间内帮助他们。Axiom工程师正试图解决他们所面临的最棘手的结构和流体流动挑战，使用Ansys Mechanical和Ansys Fluent软件通过Ansys启动程序．

Axiom首席技术官马特•奥德勒(Matt Ondler)表示:“作为一家初创公司，你总是在寻找交易，因为最初几年的资金有限。“事实证明，Ansys启动计划对我们来说是一笔大买卖。”

设计与模拟一种独特的推进器

Axiom的工程师们依靠一种由氧气和甲烷驱动的创新推进器将Axiom Hub One推向国际空间站。他们将从SpaceX或蓝色起源发射装置获得助推进入太空，然后，一旦进入轨道，他们将依靠这个新的推进器将他们机动到国际空间站。

氧气-甲烷推进器解决了两个挑战:它取代了迄今为止传统上用于操纵航天飞机的有毒的单甲基肼燃料，甲烷燃料可以在整个任务过程中从意想不到的来源产生。

“我们可以用宇航员呼出的气来制造火箭燃料，”奥德勒说。这依赖于萨巴蒂尔工艺，该工艺使用镍催化剂使氢气与宇航员呼出的二氧化碳发生反应，产生甲烷和水。它已经在国际空间站的实验中被测试并证明有效。

奥德勒说:“研究表明，只要有大约6名宇航员，我们就能生产出足够的甲烷来满足我们所有的推进剂需求。”“这项技术具有长期应用价值。火星上有很多二氧化碳，所以你可以制造火箭燃料，把你从火星任务中带回家，而不是把所有的燃料都带在身上。”

但之前没有人驾驶过氧气甲烷动力的飞船，所以他们正在使用Ansys流利帮助设计。推进器的挑战之一是最大限度地提高效率，这是由一个称为“比冲”的变量来衡量的。这就是总冲量(平均推力乘以总发射时间)除以发射药的重量。比冲越高，某一特定速度变化所消耗的燃料就越少。

最大限度地提高比冲的一个步骤是尽可能彻底地混合甲烷和氧分子。根据Ondler的说法，使分子旋转和混合的注入板是一门艺术和科学。他说:“因此，我们运行Ansys Fluent并获得模拟结果，然后构建解决方案并进行测试，看看它是如何工作的，然后在模拟和测试之间进行迭代。”“最大限度地提高推进器的比冲量渗透到整个系统中——比冲量越有效，燃料箱就越小;燃料箱越小，飞船本身的剩余空间就越大，而且它会在整个飞船中传播。”

Ansys应力分析结果推动了Axiom第一个模块(AxH1)的设计

空间站结构考虑

公理中心将连接到国际空间站和未来他们建造的任何商业空间站，是宇航员的生活和研究空间。它长60英尺，直径15英尺，重近6万磅。

“这些模块是巨大的硬件，当内部有压力，外部有真空时，它们会拉伸、膨胀和弯曲，”奥德勒说。“我们使用Ansys Mechanical来帮助我们了解所有这些属性:它是如何弯曲的，应力点在哪里，我们可能需要改变设计的地方。”

结构载荷将根据模块是否在地面上、被运送到发射场或经历发射的高力而有所不同。热负荷也会在太空中造成重大的结构挑战，因为太空舱面向太阳的一面可能比背对太阳的一面要热几百度。如果设计不当，这种情况下的热膨胀和收缩足以导致结构分离或屈曲。Ansys机械就能确保这种事不会发生。

“我们使用Ansys Mechanical和Fluent的经验非常非常积极，”Ondler说。“这个界面很容易学习和使用。Ansys启动计划为我们提供了所需的仿真工具。”

Axiom空间站内部的渲染图

私人空间站至关重要

设计、制造和将中心送往国际空间站是当前的目标。最终，“公理空间”将与国际空间站分离，成为自己独立的空间站。这将是第一个完全商业化的空间站。分离后，Axiom将继续添加模块，其中一些模块可能是为特定的空间制造或研究客户定制的。虽然有些人可能会质疑是否需要另一个空间站，甚至是多个具有不同功能的空间站，但奥德勒确信，我们在不久的将来和遥远的将来都需要空间站。

他说:“我们的空间站中心的直接用途是在微重力环境下试验和制造无法在地面上制造的产品。”他引用了一些在国际空间站探索的有趣而实用的解决方案:

• 传输长度是目前光纤的100 ~ 1000倍的光缆。
• 完美的视网膜和角膜植入物，可以在微重力下进行生物打印，但如果在地球上制造，由于重力作用会变形。
• 这种金属合金的成分会像地球上的油和醋一样沉淀下来，但在微重力环境下会聚集在一起，形成完全不同的金属特性和性能。
• 完美的蛋白质晶体，更快，更有效的药物评估。

“从长远来看，对空间站有更大、更现实的需求——将人类推向地球之外，”奥德勒总结道。“这可能是100年或1000年后的事情，但为了作为一个物种生存下去，我们必须在多个星球上居住。”

新的空间站将成为这些行星的垫脚石。Ansys仿真解决方案将帮助工程师解决他们最棘手的挑战。

请查看Ansys启动程序有关贵公司如何参与的详情。