Space Forge开始在轨制造

想象一下，在没有重力、浮力或其他地球上的障碍的情况下，从零开始构建一个产品。想想在不担心污染的情况下建造超导装置最敏感的内部工作。梦想在一个没有任何东西可以损害你产品完整性的环境中制造。

这些建议可能看起来有些不切实际——因为事实就是如此。事实上，它们在离地球表面约500公里(约300英里)的外层开始，宇航员并不是唯一将遥远的幻想变成现实的空想家。

总部位于英国的制造公司Space Forge的工程师们正在将机器人送入轨道，在可返回的卫星上以非凡的方式组装普通材料。

作为一名成员Ansys启动程序这个小而强大的团队正在使用Ansys的模拟解决方案，以尽可能安全有效地促进这些双向太空旅行。

发射空间锻造与Ansys

Space Forge的早期概念始于2018年，当时航空航天工程师安德鲁·培根(Andrew Bacon)和卫星销售主管约书亚·韦斯特(Joshua west)认识到在轨制造然后返回地球的潜力。但他们知道，他们需要创造更安全、成本更低的再入技术来实现这一目标。

公司定于2020年3月正式成立，他们刚刚辞掉了日常工作，当冠状病毒大流行使世界大部分地区陷入封锁时，情况并不理想。

不过，正如它的名字所暗示的那样，Space Forge准备继续前进。这对充满活力的二人组利用独处的时间——大部分时间都是在车库里进行虚拟连接——制定商业计划，让事情真正开始。

Space Forge于2021年初通过Ansys英国精英频道合作伙伴EDRMedeso成为Ansys启动计划的成员。该计划通过提供可负担得起的Ansys仿真解决方案，包括额外帮助的技术支持，鼓励早期创业公司。

到2021年4月，培根和韦斯特在威尔士加的夫获得了第一个办公空间，准备发展业务和团队。如今，Space Forge拥有30多名员工，预计到今年年底将达到45人。

Space Forge背后的驱动力是其创新的ForgeStar平台，该平台运行着一队可返回的卫星。Space Forge最独特的产品之一是，他们发射的所有东西都会返回地面，而类似的运载火箭往往会留下材料在太空中燃烧。

相比之下，Space Forge确保您的成品以及未使用的材料将在安全再入和着陆期间返回地球。可返回的卫星是无人驾驶的。

无人卫星的主要原因是安全和清洁。为了消除潜在的污染，所有产品都由机器人制造。此外，Space Forge遵守民航局的所有规定，民航局监督英国的航空安全，并确定空域使用政策，包括允许哪些材料进行旅行。

有了清洁和安全保障，“太空锻造”就可以享受太空制造的其他核心优势，包括微重力、超高真空压力和接近绝对零度的温度——培根称之为“太空的三重优势”。

例如，量子设备，如光学传感器，是非常微妙的机制，极大地受益于低温条件。正如维恩位移定律所指出的:温度的升高会导致辐射能量峰值波长的减少。这可能会影响传感器的精度，因此低温是最佳的，接近绝对零度的温度是理想的。

其他受益于太空环境的仪器包括医疗植入传感器，可以检测心跳，超灵敏的指南针可以让你知道你在世界上的确切位置，而不仅仅是指示北方的方向。

在材料制造领域，高温合金也受益于太空。重力和浮力是密切相关的。不幸的是，在地球上，浮力阻止了不同密度金属的完美合金化。在微重力条件下，浮力被消除了。

太空制造

那么，太空制造是如何为巨大的设备工作的呢?嗯，这涉及到它的螺母和螺栓。

让我们来看看风力涡轮机的叶片。将整个叶片逐个送入太空进行制造可能相当麻烦。然而，连接叶片各部分的螺栓实际上承受的压力最大，而且要小得多，更容易运送到太空。通过完善螺栓，你可以增加刀片的尺寸。

同样，对于飞机涡轮叶片来说，将叶片固定在发动机上的高温合金对叶片的整体耐久性同样重要。

同样的“少即是多”的概念也适用于移动连接中的半导体。虽然把每一部手机的半导体都运过来既昂贵又耗时，但考虑用于手机信号塔的半导体选择并不广泛。在大多数情况下，你不需要很多产品或材料来产生重大影响。

当然，《Space Forge》计划在未来进行大规模生产，但目前仍专注于最先进的小步骤。

旅行时间因项目而异，这是一种罕见的奢侈。例如，国际空间站(International Space Station)通常需要数年时间才能将实验运送到太空。但通过ForgeStar平台，旅行时间可以从两周到六个月不等。生物研究或制药通常需要较短的行程，而半导体制造或涉及疫苗研究的项目则需要较长的时间。

正如Bacon所解释的那样，Space Forge完全是为了满足太空中理想条件的三要素，以创造“完美的制造环境”，同时实现低成本的返程飞行，这是通过Ansys软件的预测精度实现的。

Ansys验证更安全的再入

在设计重返大气层飞行器或可返回卫星时，最重要的因素之一是考虑在短时间内保持稳定的速度和高度的对比水平。

在一小时内，你的汽车会以25马赫(超过19,000英里/小时)的速度从大约400公里(约250英里)的高度下降到海平面，速度约为每小时20英里。

培根说:“你要在一系列不同的速度和高度中过渡，保持车辆的稳定非常重要。”“我们研究了哪些软件可以模拟从海平面到高超音速的任何东西，Ansys凭借其计算流体动力学(CFD)赢得了权衡Ansys流利就它可以模拟的范围和它可以处理的几何类型而言。”

结合Ansys仿真提供的工程信心，Bacon和他的团队接受了Ansys启动计划的额外好处，包括成本效益和技术支持，Space Forge从谢菲尔德的Ansys专家那里获得了技术支持。EDRMedeso．

培根补充道:“市面上还有其他软件包，但它们的支持并不好。”“我们知道我们将做一些相当先进的事情，所以支持是非常必要的。全面的知识加上EDRMedeso技术团队采用我们独特的模拟方法的能力是我们成功的关键因素。而且Ansys启动程序的定价非常棒，而且您还可以访问所有其他模块。”

当然，重返大气层是Space Forge利用Ansys的模拟探索和验证的第一个挑战。

为了测试卫星的返回，该团队建造了一个简化的锥形卫星，并对其进行建模Ansys流利分析它的动态稳定性，特别是当它旋转时，就像被一阵风抓住一样。该团队将蛋筒带到彭布雷西威尔士机场，从上空约400英尺的无人机上投下。虽然前几次成功了，但随着风力增强，锥体翻转并失去控制。在回顾他们的模拟结果时，团队确认，尽管在模拟中质心处于正确的位置，并表现出动态稳定性，但在实际跌落测试中设置质心时，他们没有执行附加值。

出于好奇，他们再次进行了模拟，输入了失败尝试中不正确的质心，模拟显示锥体旋转失控。

在那一刻，团队知道他们有可验证的、值得信赖的解决方案，不会再偏离模拟数据或像Bacon所说的那样“偷工减料”。

培根说:“卫星再入可能是太空中最难的问题之一，要做到这一点，你需要最好的软件。”“我们甚至没有考虑过绝大多数软件，因为它们无法完成这项工作，但我们使用Ansys的经验是，它正在完成这项工作，当然，很多软件不可能做到这一点。”

为了进一步改善卫星再入，Space Forge工程师开发了一种预测分析工具Aether，他们将其与Fluent结合使用，以更好地确定再入着陆位置。

工程师们使用Fluent分析卫星的静态和动态稳定性，并考虑其飞行过程中的不同区域，包括从25马赫到0马赫的速度范围。在收集了空气动力学系数数据库后，该团队将数据输入到以太中以计算着陆位置，同时将风向和风速作为潜在阻力的输入值。

作为奖励，Space Forge可以在软件中自动化计算和模拟，这简化了团队的工作流程，并允许更多的一致性和更长的运行时间。自动化是特别有用的，因为团队的许多模拟一次运行数周。

Bacon和他的团队的另一个优势和卖点是能够在Amazon Web Services (AWS)云平台上实现Ansys的模拟，从而以更强的计算能力运行模拟——这是通过Ansys和AWS之间的长期合作而实现的。

除了CFD，太空锻造团队还使用Ansys机械这是Bacon和他的团队为了提高结构、热和光学性能而提出的另一个要求。

培根说:“当我们做热模型时，能够进行光线追踪热模型是非常重要的，这样我们就可以看到，因为我们有可展开的太阳能电池板，可以遮挡平台的一部分，所以我们需要能够理解这一点，然后覆盖再入时的热输入。”“因此，能够输入大量接口并处理我们的几何图形——一个非常详细的模型，在太阳能电池阵列中有非常薄的元素——并使用Ansys Mechanical的良好网格工具也是非常重要的。”

该团队最近在开发一种作为水基网的海上交通工具时，使用Mechanical来模拟压力。该团队开玩笑地称其为“外野手”，因为它的概念与板球比赛中的接球手位置相似。

盐水会对卫星造成损害，但外野手起到缓冲作用，在卫星降落在海上时“捕捉”它。这种海上运载工具重量轻，机动性强，但必须足够耐用，即使卫星以每小时20英里的速度着陆也能承受冲击。

《Space Forge》的未来任务

随着Space Forge的业务不断发展，Bacon和他的团队希望在未来五年内实现规模化生产。他们还计划将Ansys的模拟作为运营的一个组成部分。

Bacon说道:“许多先进的模拟软件都是由科学家编写的，科学家擅长于许多事情，但是用户界面开发却不是其中之一。“Ansys在性能、准确性、性能和可用性方面做到了很好的平衡，这是很多软件包都无法做到的——通常你只能做到四分之二。”

培根期待着使用Ansys软件进行进一步的探索，包括分析和模拟着陆过程中“外野手”产生的波峰点，更详细地模拟渔网本身，以及ForgeStar舰队中所有卫星的内部结构。

有关Ansys启动计划的更多信息，请查看产品详细信息和计划资格在这里．