ANSYS 部落格
April 3, 2024
透過 Ansys STK 的 Cislunar Orbit Designer，輕鬆完成任務設計與效能分析
地月空間指的是一個由地球與月球的重力共同主導運動的區域所包圍的空間。這類軌道區域的應用正日漸普及，未來幾年已有數十項規劃中的新任務，也因此在該領域中，對於能夠快速且簡易設計任務的能力有著明確且高度的需求。Ansys Systems Tool Kit (STK) 提供成功設計這類任務所需的所有基本要素，但截至目前為止，仍需具備與此過程相關的理論與應用專業知識，才能完成設計。雖然這項工作本質上仍屬於名副其實的「火箭科學」，Ansys 正致力於為從事地月空間的任務設計人員、分析師與操作人員，打造更加直覺、易於使用的工具與工作流程。
我們很高興宣布推出 Cislunar Orbit Designer (CODE)：這是一項基於 STK 的自動化工具，能讓地月軌道的任務設計與相關效能分析變得極為簡單明瞭。目前 CODE 仍處於積極原型開發與測試階段，若您想深入瞭解 STK 軟體，歡迎隨時聯絡我們。
L2 南側暈輪軌道
透過 CODE 簡化軌道設計流程
目前，CODE 與 STK 並肩運作，利用其強大的運算能力來處理所有必要的參數與模擬機制，以完整描繪三體、月地系統。CODE 應用程式內建一個資料庫，包含數十種與地月動力系統相關的軌道族群中具有代表性的軌道。這些軌道族群中的每一個軌道，都代表任務架構中的一個可能路徑段。例如阿提米絲任務所採用的軌道解決方案構成要素，即是透過這類軌道分析所衍生出來的成果，其中包括遠距逆行軌道與近直線暈輪軌道。
與 L1 暈輪軌道相關的穩定 (綠色) 與不穩定 (紫色) 流形弧線
一套高效率的篩選與插值系統，能讓使用者輕鬆挑選符合特定任務需求的單一軌道或軌道子集。每個軌道族群中的軌道，也都提供穩定性特徵、能量等級及其他描述性資訊，以協助設計決策。這些資料透過直觀的圖表呈現，讓使用者一目了然，並可在整個 CODE 環境中存取。選定軌道後，可以直接進行檢視，並匯入 STK 中進行進階分析與設計作業。資料庫中的軌道可依照週期、能量等級與穩定性指標進行排序。
深入瞭解地月環境
在 CODE 中，一項強大的內建功能是「星座模式」，可用於設計分布於資料庫中任一可用軌道上的衛星星座。透過將多顆衛星沿著同一條軌道均勻分布，並從同一歷元起始，可大幅簡化工作流程，進而解答下列問題：在特定時間點，能否觀測整條軌道？或者只能觀測到軌道上的單一位置？因此，在地月空間中進行導航與通訊分析，變得前所未有的容易。
此外，CODE 也支援流形產生。在這個應用脈絡中，「流形」的數學概念最常被用來表示自然流動軌跡，例如從週期軌道出發或進入的自然通道。當資料庫中的任一軌道具備合適的穩定性分類時，可對其路徑上的位置、速度，或兩者進行微小擾動，接著將這些擾動狀態向前與向後推進，即可產生對應的軌跡弧線，這些弧線便是流形曲面的骨架。這些軌跡弧線能提供用於分析不同軌道或軌道族群之間的低能量轉移可能性。
本篇為 STK 的 CODE 功能三部曲系列的第一篇。下一篇文章將更進一步探討「流形」在此問題領域中的理論基礎。
深入瞭解 Ansys Systems Tool Kit (STK) 的更多資訊。