商業衛星ネットワークから深宇宙探査まで、宇宙産業はかつてないほどの変容を遂げています。宇宙産業は、従来は政府の領域でしたが、複数の大手防衛企業が介入して成長し、競争力のある市場へと進化しました。現在は、スタートアップ企業や既存企業など多くの企業が、未知の領域の開拓に挑んでいます。宇宙産業界の急激な加速は、デジタルエンジニアリング、シミュレーション、モデルベースアプローチの収束によって促進されています。企業はこれまでにないスピード、効率、信頼性で高度な宇宙システムを開発、テスト、導入できるようになりました。
Ansysは、この変革の最前線にいます。ミッション設計、宇宙通信、リモートセンシング、領域把握、軌道内サービス、エレクトロニクス信頼性、そして打ち上げおよび再突入システムの進歩など、Ansysの最先端ソリューションは、より接続性が高く、安全で持続可能な宇宙環境の構築に貢献しています。
宇宙ミッションの未来を設計
現代の宇宙ミッションの複雑さに伴い、初期設計および性能解析でも高い精度が要求されています。宇宙ミッションの解析と設計における第一人者であるJim Wertz博士は、高度なモデリングツールを活用して意思決定を効率化し、ミッションアーキテクチャを最適化することの重要性を強調しています。ミッションを成功させるためには、軌道設計や軌道決定結果をシミュレーションして妥当性を確認する機能、さらには月での運用やシスルナ運用の長期的な持続可能性を評価する機能が不可欠です。
AnsysのSystems Tool Kit（STK）やOrbit Determination Tool Kit（ODTK）などのソリューションは、ミッション設計のためのエンドツーエンドのデジタルエンジニアリングフレームワークを提供します。これにより、コストのかかる実機を製作する前に、シスルナ軌道の迅速なモデル化と解析、衛星の性能評価、航法戦略の妥当性確認を迅速に行えるようになります。合成開口レーダー（SAR）と宇宙ベース通信のリーダーであるMDA社は、軌道決定やAnsysの他のソリューションを通じて、持続的な全天候地球観測のための新しいアプローチを開発しています。大学でも、学生たちはSTKを使用して、実際のミッション計画を立てる経験を得て、次世代のエンジニアが将来の課題に取り組む準備を整えています。
「システム全体をシステムオブシステムズアーキテクチャとしてモデル化し、数千もの設計案をリアルタイムで評価して、打ち上げ前にミッションシナリオをシミュレーションする機能は、この新しい宇宙経済をどの組織がリードするかを決定する大きな変革となります。」
— James Woodburn氏（Ansys Government Initiatives、Ansysフェロー）
宇宙通信、リモートセンシング、PNTを変革
宇宙産業に参入する企業が増え、競争が激化するにつれて、ロバストな通信、正確な位置決め、精密な測位、航法、時刻同期（PNT）、そして高解像度リモートセンシングの需要はこれまで以上に高まっています。Wyvern社などの企業は、ハイパースペクトル画像技術を活用して、環境モニタリング、農業、防衛分野における新たな可能性を開発しようとしています。一方、PierSight社は、海上保安と環境保護に関するほぼリアルタイムの知見を提供することで、海洋モニタリングの変革を生み出しています。NewSpace Systems社は、衛星のコンポーネントやサブシステムの設計に不可欠なエレクトロニクスに対する衝撃と振動の影響をシミュレーションしています。
デジタルエンジニアリングは、宇宙ベースの資産の信頼性と回復力を確保する上で重要な役割を担っています。また、Ansysのマルチフィジックスシミュレーションソリューションは、高周波（RF）および自由空間光学（FSO）通信システムを最適化し、影響を受けやすいコンポーネントの熱応力を軽減して、打ち上げ時および周回時の過酷な条件に耐える衛星設計の妥当性を確認するのに役立ちます。Astranis社などの企業は、これらの機能を使用してデジタルデバイドを解消し、革新的な衛星技術を展開して、十分なサービスを受けていない地域に高速インターネットを提供しています。
宇宙空間の状況把握／領域把握と軌道上操縦性を向上
衛星拡散型低軌道（PLEO: Proliferated Low Earth Orbit）とシスルナ輸送量の増加は、宇宙運用の安全性と持続可能性を確保する上で、かつてないレベルの課題をもたらしています。宇宙状況把握（SSA: Space Situational Awareness）、宇宙領域把握（SSAを拡張して特性評価と意図に関連する側面を含む）、さらに軌道上の操縦性は、もはやオプションではなく、貴重な資産を保護して、壊滅的な衝突を防ぐために不可欠となっています。たとえば、Orbit Fab社は、宇宙空間での燃料補給サービスを開発しており、燃料計算や安全なドッキング計画にシミュレーションを活用しています。
一方で、宇宙放射線は依然として手強い課題のひとつです。Ansysは、Space & Bean社などの企業と協力して、最先端の放射線遮蔽ソリューションを開発しています。また、Ansysのシミュレーションツールは、宇宙環境における電子放電とバルク材料の相互作用の影響に関するミッションクリティカルな知見をもたらしています。これらのイノベーションは、宇宙資産の長期的な実行可能性を確保し、地球の大気圏外の過酷な条件下で影響を受けやすいエレクトロニクスを保護する上で不可欠となっています。
測位、航法、時刻同期（PNT）のシミュレーション
月面経済と深宇宙探査を推進
月への帰還は、もはや遠い目標ではなく、差し迫った現実となりつつあります。Intuitive Machines社などの企業は、地球圏を越えた人類の持続的な活動の基盤構築のため、月面探査、インフラ開発、ロボット探査を先導しています。一方、MaiaSpace社やStoke Space社のような新興企業は、デジタルエンジニアリングを活用して、月、火星、さらにはその先までの旅を加速させる次世代の推進、打ち上げ、再利用技術を開発しています。
Firefly Aerospace社も、この新時代のキープレーヤーであり、官民両方のさまざまなミッションをサポートするために、打ち上げ、着陸、軌道システム全体の課題に取り組んでいます。デジタルエンジニアリングを開発のあらゆる段階に組み込むことで、これらの企業はコストとリスクを削減するだけでなく、ミッションの成功確率を大幅に高めています。
Wertz氏や他の業界リーダーが指摘しているように、宇宙の未来は、デジタルエンジニアリングとシミュレーションをミッションライフサイクルにどの程度効果的に組み込むかによって決まります。システム全体をシステムオブシステムズアーキテクチャとしてモデル化し、数千もの設計案をリアルタイムで評価して、打ち上げ前にミッションシナリオをシミュレーションする機能は、この新しい宇宙経済をどの組織がリードするかを決定する大きな変革となります。
デジタル化の利点: 次世代のために宇宙を保護
宇宙は、もはや探査だけが必要となる未開拓分野ではなく、世界の安全保障、経済成長、そして科学の進歩にとって不可欠な領域となりました。エコシステム全体で迅速にイノベーションを起こし、ミッションのリスクを軽減して、性能を最適化する能力が未来のリーダーを決定します。
シミュレーションは、新しいビジネス機会の創出、地球上の資産保護、宇宙を探索、宇宙産業で人類の進歩を促進するイノベーションのきっかけとなります。宇宙に関する画期的な打ち上げと意欲的なビジョンは、過酷な環境と複雑な製品の間の綿密に計画された相互作用により、ミッション成功を実現しています。ミッション計画から衛星システムの設計、打ち上げ後のメンテナンスに至るまで、シミュレーションは不可欠な役割を果たしています。
最新のAnsys Advantage誌では、宇宙産業における変革を紹介し、シミュレーションがリスクの予測と軽減、効率の向上、コストの削減を通じて、どのように新たな発見の時代を迎える手助けをしているのかをご紹介します。
詳細については、Ansys Advantage誌の最新号「Simulating Space」をご覧ください。また、Ansysのドキュメンタリー「Simulating Space」のプレビューをご覧ください。
