50年后:新技术正在推动新的月球竞赛

发布的丽莎哈维，2019年7月19日

13次观看(过去30天)|0喜欢|0评论

50年前，人类第一次登上月球。把尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)送上月球表面的努力是大胆而创新的，因为外层空间的环境不适合居住。这需要极端的工程技术和勇气。

今天，人们对月球探险的兴趣比近几十年更浓厚。《纽约时报》文章中,为什么每个人都想重返月球书中讨论了从中国到印度的政府机构，以及SpaceIl等小型非营利组织如何同时拥有载人和无人登月计划。

图片来源:美国宇航局。

文章为月球旅行的复兴提供了理由。在极地陨石坑深处发现的以冰形式存在的水可以提供呼吸所需的氧气和火箭燃料所需的氢气。这使得月球成为宇宙飞船进一步进入太空的潜在“中途停留”地点。文章还讨论了众多的商业公司和他们的太空旅行创新方法。

月球竞赛重新开始的另一个原因超出了水源或商业与政府的方式之争:新技术使太空旅行比以往任何时候都更容易实现。是的，太空旅行仍然需要极端的工程技术，但我们的技术在过去50年里发生了巨大的变化。

图片来源:NASA/JPL

我向MathWorks的太空部门经理Ossi Saarela询问了一些正在改变我们太空旅行方式的技术进步。他指出了影响我们太空设计方式的两个主要变化:模拟和日益自主的系统。

模拟

如何测试地球上无法复制的环境呢?模拟它。

早在20世纪60年代，宇航员们就在泳池底或专门的离心机里练习月球漫步。他们还模拟了设备，如登月研究车，通过建造和测试硬件来模拟月球引力降低的着陆。

今天，在原型构建和测试之前，首先以数字方式完成模拟。

Saarela说:“在太空中有很多东西你不能在地面上很好地测试，因为你没有零重力环境。随着计算能力的提高，工程师们已经能够改进模拟，从而更全面地验证他们的设计。

“如今，很难找到一家不使用的太空公司MATLAB而且金宝app用于分析和设计。”

并行计算和多核处理使更多的模拟能够在越来越短的时间内完成。Saarela分享了一个例子维珍轨道模拟其两级LauncherOne火箭的分离事件，以确保结构之间有足够的间隙。

维珍轨道公司的LauncherOne运载火箭组装(上)，爆炸视图显示整流罩，有效载荷，以及第一和第二级(下)。

模拟必须考虑到许多未知因素，包括每个组件的质量特性，以及用于启动分离的气动和弹簧推子的力和时间特性。该团队在改变参数值的同时进行了数千次蒙特卡罗模拟，以确定特定的参数组合是否会导致碰撞。然后将模拟结果传递给硬件工程师，以指导他们的设计决策并帮助指定公差。

虽然建造航天器总是需要硬件，但作为开发过程的一部分，在虚拟环境中模拟航天器有助于确保硬件在第一时间正常工作。

自治系统

Autonomy在未来的太空探索中也扮演着重要的角色。在阿波罗11号任务之前，无人卫星是最初的自动驾驶飞行器。展望未来，通过减少飞行过程中人为干预的需要，增强的自主性将允许更雄心勃勃的探索任务。不再需要等待地面人员来做决定:在飞行器上使用改进的人工智能(AI)技术来提高自主性，意味着可以实时执行更复杂的处理。

尤其是当车载传感器(如摄像头)捕捉到越来越多的数据时，情况更是如此。基于视觉的传感系统正在提高导航系统的自主性和精度。