晴朗夜晚的夕陽緩緩落下，人群漸漸安靜下來。觀眾與工程師一同仰望著一枚近百英尺高的火箭升空，明亮的火焰在其身後綻放。
另一項任務中，搭載更高酬載的發射載具，將登月器送往月球表面，執行重要酬載任務，或將軌道載具送入低地球軌道 (LEO)，以支援即時託管、共乘與運送任務。
傳統上，這些任務環節通常由不同公司分別負責開發，但現在不必如此。Firefly Aerospace 是一家端到端的太空運輸公司，不僅一手包辦所有任務環節，亦致力於實現讓人類世界能發射、著陸並在太空中運作的願景。Firefly 自行設計並生產其使用的大多數零組件，包含自家的航電系統。Firefly 的產品皆具備可互換性，能靈活應用於各項專案中。
為達成這一目標，Firefly 仰賴一支具備真正跨領域專長的團隊。Firefly 工程副總裁 Brigette Oakes 分享，Firefly 的專業涵蓋機械工程與複合材料結構、電機工程、航電技術、軟體工程 (包括地面軟體、飛行軟體與嵌入式系統)、引擎推進工程與系統工程等領域。
正因為擁有這樣一支多元專業的團隊，Firefly 才能打造出獨具特色、業界領先的產品，並實現其目標。
Firefly 的 Alpha 火箭圖片來源：Firefly Aerospace。
深入一探 Firefly 的發射、著陸與軌道產品
Firefly 的產品皆於專屬設施中設計，主要分為三大類型。
首先是 Firefly 的兩款發射載具：
- Alpha 是一款具備獨特碳纖維設計的小型運載火箭。Alpha 主要支援 LEO 中的商業、民用與國家安全任務。
- 中型運載火箭 (MLV) 能支援太空站補給任務及商業太空船等應用。MLV 採用兩節式設計，第一節使用 Miranda 引擎，第二節則搭載 Vira 引擎。MLV 的設計也考量可重複使用性，具備返回發射場 (RTLS) 與第一節推進著陸能力。
Firefly 在開發兩款發射載具時，著重於確保設計具備可靠性、即時反應能力與可負擔性。除了這些產品外，Firefly 也同步研發了五款推力範圍約為 45,000 磅至 230,000 磅的引擎。「如果您熱愛推進技術，在這裡就像小孩進了糖果店一樣興奮。」Oakes 說道。一如 Firefly 的風格，這些引擎具備可擴展性，亦能依任務需求進行調整。
第二大類型的產品是登月器。Firefly 的登月器 Blue Ghost 太空船，具備將酬載送達並部署至月球表面任意位置的能力。在相容性方面，Blue Ghost 可與 MLV 及 Firefly 的軌道載具搭配使用，全面支援端對端的近月太空任務。
Blue Ghost 是 NASA 商業月球酬載服務 (CLPS) 計畫的一部分，並於 2025 年初搭乘 Falcon Nine 火箭飛往月球。「參與 CLPS 計畫，為我們開啟了持續又永續的月球任務之門。」Oakes 表示。
Firefly 端到端太空運輸服務的最後一環，則是 Elytra 軌道載具。Firefly 提供三種 Elytra 載具：
- Elytra Dawn：提供可快速部署的平台，支援軌道託管、共乘與 LEO 運送任務
- Elytra Dusk：提供自主平台，支援即時軌道任務操作，並具備從 LEO 到地球同步軌道 (GEO) 的移動能力
- Elytra Dark：提供強化型平台，支援長時間軌道任務，以及從 LEO 向月球軌道和更遠處的轉移任務
即將展開的 Elytra 任務將運用邊緣運算技術，「這讓我們能在軌道上執行一些非常聰明的最佳化處理。」Oakes 說道。未來，Firefly 團隊希望打造這些載具的星鏈系統，提供各類在軌服務，涵蓋從清除太空垃圾到維修其他在軌衛星的工作。
在設計產品時，Firefly 必須克服數項關鍵挑戰，例如確保設計盡可能輕巧且具成本效益。在航太工程中，設計每多出一磅重量，太空船可攜帶的酬載就會減少一磅。因此，工程師必須將設計最佳化至極限邊緣，每一個元件都需在容許公差範圍內精準控制。
另一項挑戰則在於，確保這些設計能承受太空中嚴峻的環境條件。「當您離開地球進入深太空時，那裡是沒有大氣層的。」Firefly 熱學工程師 Jackson Sweeney (他自稱是「熱控界的消防員」) 表示。「在太空中，溫度可能低至華氏 -200 度；而在月球表面，部分區域則可能高於華氏 250 度。」因此，Sweeney 和他的團隊，必須確保 Firefly 的設計，能在如此極端的溫度範圍內正常運作。為環境增添挑戰的還有結構負載問題，包括高頻與低頻、衝擊和振動等狀況。
為克服這些難題，Firefly 採用模擬技術作為整合式一體化工具，支援其內部設計流程的各個環節。
Firefly 的 Blue Ghost 登月器 (左) 與 Elytra Dawn 軌道載具 (右)。圖片來源：Firefly Aerospace。
深入剖析如何透過 Ansys 模擬軟體打造最佳化設計
Firefly 團隊從「第一天起」就將 Ansys 模擬軟體整合至旗下多元的產品、計畫與工程領域，Oakes 表示。「您會在 Firefly 所有業務單位中，看見模擬技術所展現的強大力量。」如今，Firefly 採用多款 Ansys 產品，以因應各項特定需求，其中之一就是加速設計迭代，縮短產品上市時間。
Ansys 軟體協助 Firefly 迅速實現最佳化設計。其中一個實現方式，是透過 Ansys SpaceClaim 3D 電腦輔助設計 (CAD) 建模軟體。例如，工程師只需幾分鐘的時間，就能利用該軟體更新支架設計。
Oakes 還舉出另一個展現效率優勢的例子，Firefly 團隊僅用 11 個月，就透過 Ansys 模擬軟體，將 Specter 引擎從概念推進至熱點火測試階段，遠快於傳統可能需耗時數年的開發流程。「模擬技術讓像 Firefly 這樣的公司，能夠比一些傳統業者動作更快、更具靈活性...特別是在太空船設計方面更是如此。」Oakes 說道。
模擬軟體同時也確保這些快速分析結果都有最佳化，以符合任務參數需求。以複合材料結構設計為例，目標是盡可能達到質量效率最大化，Oakes 表示。透過模擬軟體，Firefly 能找出設計所需的最低質量，同時仍確保功能性。具體來說，Firefly 團隊使用 Ansys Mechanical 結構有限元素分析軟體，僅僅一週就完成模型建構，而若使用其他平台，可能需要數週甚至數月之久。此模型可應用於整體設計與分析流程中，團隊能在 Ansys 軟體內進行多次修改與測試，反覆驗證，最終找出最小質量的設計。
模擬軟體的價值在 Firefly 所有產品中皆顯而易見。此外，模擬軟體提供一套共通工具，讓不同領域的工程師能更有效溝通，這對 Firefly 的跨領域團隊來說至關重要。
Firefly 的服務與據點。圖片來源：Firefly Aerospace。
因應太空中嚴峻的熱環境
為確保設計能承受任務期間所面對的極端溫度條件，Firefly 採用 Ansys Thermal Desktop 熱中心建模軟體，以研究傳導、對流與輻射現象。Sweeney 表示，這包括太空船各表面之間的熱傳導、機體內部流體 (如推進劑) 造成的熱對流，以及以輻射為主的太空熱傳遞方式。
Firefly 透過此軟體，依據不同目標分析太空船的每個元件。Thermal Desktop 軟體的內建功能，可模擬任何行星體軌道，協助工程師從宏觀角度掌握整體任務情境。Sweeney 表示，Firefly 使用這款軟體分析 Blue Ghost 繞地球與月球的軌道運行，以及其在月球表面的著陸過程。這項完整任務研究涵蓋所有溫度環境，包括地球表面的「室溫」、發射時的高熱、太空中的巨大溫差，以及月球表面的極端氣候。Thermal Desktop 軟體讓 Firefly 得以研究這一切「不同熱源如何影響太空船。」Sweeney 表示。
Thermal Desktop 軟體可與 Ansys Systems Tool Kit (STK) 數位任務工程軟體整合，這種整合能力讓 Firefly 的導引、導航與控制 (GNC) 團隊能更合作無間，進而掌握整體任務視野。具體來說，當 Firefly 的 GNC 團隊定義完軌道後，「我們可以將 STK 軟體輸出的資料，直接帶入 Thermal Desktop 模型，藉由這項整合功能，我們能非常精準地建構各時刻的狀態，進而確保我們是在正確的環境中模擬太空船。」Sweeney 表示。Sweeney 的團隊利用這些資訊，可以根據軌道與模擬預測的溫度狀況提供建議，例如調整太空船的方向，以確保任務期間保持穩定的熱狀態。接著，GNC 團隊會根據該項要求調整軌道定義，兩個團隊便持續進行這種密切交織的合作流程。
Firefly 也利用模擬技術，深入檢視特定元件的熱行為。「Thermal Desktop 軟體能協助我們預測元件在不同設計條件下的溫度 (變化)。」像是改變表面塗層顏色等變動所造成的影響，Sweeney 表示。他也分享了其他 Thermal Desktop 軟體的應用情境，例如用於協助：
- 為 Blue Ghost 登月器開發隔熱罩。此隔熱罩能防止元件因引擎高溫而過熱。
- 分析太空船上的電子元件 (例如電腦或航電裝置) 所產生的廢熱，其會影響整體的熱環境。務必確保這些元件的散熱維持在安全範圍內，若未達標，則需調整設計，例如更換材料以擴散熱量，或重新配置電子元件佈局，以避免產生局部過熱區域。
- 設計熱控制子系統，協助 Firefly 的產品維持在正常運作所需的溫度範圍。Ansys 軟體的多重物理量模擬能力，同樣讓 Firefly 得以建立模型，預測熱控制子系統所消耗的電力。
在展望未來時，Firefly 團隊期望太空能成為人人都可接觸的領域，而他們的工作正是讓此願景成真的一環。在這趟旅程中，Firefly 致力於讓自家的太空船，提供更具成本效益且更可靠的太空通行服務，同時支援更進階的任務需求。短期而言，這將包括在未來一年內執行更多次 Alpha 火箭發射任務，推動更多 Blue Ghost 任務與 Elytra 載具的在軌部署，同時持續尋找「對整個團隊都有幫助的最佳化解決方案。」Sweeney 表示。
Firefly 這家公司也特別重視培育下一代的太空工程人才。Firefly 推動這項目標的方式之一，是透過公司的專屬研究與教育加速任務 (DREAM) 計畫，鼓勵學生善用 Alpha 火箭上剩餘的酬載空間。
深入瞭解 SpaceClaim 與 Thermal Desktop 軟體如何協助您的太空任務。
