Что общего у солнечных парусов, летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) и наноспутников для сельскохозяйственных нужд? За каждой инновацией стоит команда, использующая моделирование для превращения амбициозных идей в функциональные проекты, способные ускорить прогресс в аэрокосмической отрасли.
Начнем с компании BluJ Aero, которая стремится сделать авиацию простой и экологичной с помощью своих инновационных электрических и водородно-электрических аппаратов VTOL. В рамках этой работы BluJ фокусируется на проектировании модульных и экологичных архитектур для перевозки тяжелых грузов.
«Мы доказываем, что беспилотная логистика может работать чисто и эффективно уже сейчас», — делится Утам Кумар Дхармапури, соучредитель и технический директор BluJ. По его словам, благодаря применению в различных отраслях BluJ демонстрирует «неиспользованную универсальность сектора передовой воздушной мобильности (AAM)».
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки (VTOL) компании BluJ в полете.
Переходя от городских пейзажей к звездам, проект Svarog Имперского колледжа Лондона стремится стать первой студенческой командой, разработавшей космический аппарат, способный покинуть Солнечную систему. Для достижения этой цели команда сосредоточилась на технологии солнечных парусов.
Проект Svarog помогает развивать аэрокосмическую отрасль, предоставляя «платформу для студентов, где они могут получить опыт работы в настоящей команде аэрокосмических инженеров», — говорит Мэтью Ацевски, руководитель миссии проекта Svarog. Это включает в себя бесценный опыт, который помогает в поиске работы и стажировок в этой области, а также публикацию исследований команды в научных журналах.
Группа космических систем Аэрокосмической команды Университета Торонто (UTAT) также расширяет возможности следующего поколения студентов с помощью своего проекта «Наноспутник для полевой съемки для гиперспектрального картирования остатков сельскохозяйственных культур» (FINCH).
«Обучение новых студентов различным аспектам спутниковой и аэрокосмической инженерии — это то, что у UTAT Space Systems получается лучше всего», — говорит Илия Шофман, главный инженер по полезной нагрузке в UTAT Space Systems. Эта группа сосредоточена на разработке своего наноспутника и в конечном итоге планирует разместить на нем собственную гиперспектральную камеру в дополнение к вторичной полезной нагрузке от партнера по академическим исследованиям.
Несмотря на различия, все три группы сталкиваются с похожей проблемой: достижение сложных технических целей при соблюдении ограничений по стоимости и времени. Интегрируя решения для моделирования от Ansys, входящей в состав Synopsys, в свои процессы разработки, стартапы и студенческие команды оптимизируют сложные конструкции, сокращают количество дорогостоящих прототипов и готовят следующее поколение аэрокосмических технологий и талантов.
Три способа, которыми моделирование помогает аэрокосмическим инноваторам переосмыслить будущее
1. Оптимизация процесса механического проектирования
Механическая подгруппа проекта Svarog полагается на «решения для моделирования Ansys на каждом этапе процесса проектирования», — говорит Ацевски. Это включает использование моделирования для определения надежности механического оборудования, что поможет им стать одной из первых студенческих команд с демонстратором солнечного паруса, прежде чем переходить к этапам производства и запуска.
В частности, команда использовала программное обеспечение для структурного конечно-элементного анализа Ansys Mechanical, программное обеспечение Ansys Composite PrepPost (ACP) и программное обеспечение для 3D-моделирования продуктов Ansys Discovery для создания легких и развертываемых пользовательских композитных стрел из углеродного волокна для раскрытия солнечного паруса. Работа включала использование решений Ansys для моделирования стрел и определения оптимальных слоев препрега (готовых композитных листов), относительной ориентации для случаев нагрузки, а также того, будет ли отвержденная выкладка достаточной для нагрузок, которые стрелы будут испытывать при запуске и развертывании.
В результате команда смогла разработать стрелы, которые «весят лишь малую часть от нашей предыдущей конструкции из пружинной стали при сопоставимом коэффициенте прочности», — говорит Ацевски. «Эти стрелы также позволяют более плотную упаковку, что дает возможность использовать более длинные стрелы и, следовательно, большие паруса в том же объеме CubeSat, чего еще не демонстрировала ни одна другая студенческая команда. Таким образом, (программное обеспечение) Ansys сыграло важную роль в том, чтобы помочь нам расширить границы легких развертываемых космических технологий, особенно для студенческой команды с ограниченными ресурсами».
Ацевски отмечает, что эти решения для моделирования были полезны не только на раннем этапе проектирования стрел, но и могут быть использованы для проверки стрел после их изготовления для испытаний.
Анализ углеродно-композитных стрел проекта Svarog в программном обеспечении для структурного конечно-элементного анализа Ansys Mechanical.
Проект Svarog также использовал решения Ansys для проведения важных предпусковых испытаний. «Возможность заранее проверить многие тесты, связанные с нагрузкой, с помощью (программного обеспечения) Ansys действительно сняла напряжение с этих испытаний, без каламбура, поскольку мы могли заранее знать, насколько вероятно, что наше шасси выдержит удар или нагрузку, и внести соответствующие коррективы», — говорит Ацевски. «В конце концов, наш CubeSat прошел все испытания с большим коэффициентом запаса прочности».
2. Выполнение сложных мультифизических анализов
BluJ использует «инструменты моделирования Ansys для решения крайне сложных многомасштабных задач, которые в противном случае потребовали бы непомерного количества физических прототипов и времени», — объясняет Дхармапури.
Например, возьмем процесс проектирования водородных баков BluJ типа IV. Это «представляет собой задачу оптимизации композитной оболочки для удержания высокого давления при минимальном весе, при этом точно фиксируя сложное распределение напряжений и взаимодействия между лайнером, композитными слоями и зонами полярных боссов», — говорит Дхармапури.
Чтобы помочь справиться с этой задачей, BluJ использовала программное обеспечение ACP для проектирования своих композитных сосудов под давлением типа IV для хранения водорода. «Поскольку сертификация и эксплуатация этих баков — это сложная мультифизическая задача, мы использовали программное обеспечение для структурного моделирования Ansys, чтобы беспрепятственно решать наши модели», — говорит он. «Чтобы расширить границы нашего дизайна, мы провели полный структурный и прогрессивный анализ разрушения композитного сосуда под давлением, чтобы предсказать его максимальную пропускную способность по давлению и конкретные точки отказа».
Испытание BluJ на разрыв
После этого команда BluJ провела гидростатическое испытание на разрыв физического прототипа и обнаружила, что реальные результаты тесно коррелируют с прогнозами Ansys. «Достижение такой тесной корреляции между нашим виртуальным анализом и физическим испытанием на разрыв дает нам огромную уверенность, необходимую для оптимизации наших баков как для максимальной экономии веса, так и для бескомпромиссной безопасности, без необходимости полагаться на бесконечные физические итерации», — добавляет он.
Конечно, это лишь один пример того, как BluJ применяет решения для моделирования в своей работе. Другие области применения включают использование программного обеспечения для моделирования жидкостей Ansys Fluent для проведения аэродинамических исследований сертификационного уровня и оценки аэродинамических нагрузок, чтобы гарантировать, что структурная целостность BluJ сохраняется в динамических, многовариантных физических условиях.
3. Проектирование компактных линз космического класса
Работа с наноспутниками — непростая задача. Например, в UTAT Space Systems, хотя платформы малых спутников команды обеспечивают быстрое время повторного посещения, они также сталкиваются с трудностями при достижении уровня пространственного разрешения, характерного для миссий больших спутников.
«Чтобы преодолеть это, мы разработали монолитную катадиоптрическую линзу, которая складывает оптический путь для достижения большого фокусного расстояния и, следовательно, высокого пространственного разрешения в ограниченном объеме», — говорит Шофман. «Инновация в этой работе стала возможной благодаря использованию программного обеспечения для проектирования и анализа оптических систем Ansys Zemax OpticStudio для разработки и оптимизации линз».
Чтобы узнать больше об этой работе, которая недавно была представлена на конференции SPIE Optics and Photonics 2026, прочитайте статью “Design of a Compact Monolithic Catadioptric Lens for CubeSat.”
Схема трассировки лучей оптической полезной нагрузки (вверху), а также диаграмма размера пятна после оптимизации (внизу слева) и анализа допусков (внизу справа).
Это лишь одно из решений Ansys, которые команда использовала, чтобы, как говорит Шофман, «найти инновационные решения для нашего приложения». Другие включают программное обеспечение для высокочастотного электромагнитного моделирования Ansys HFSS, программное обеспечение для цифрового проектирования миссий Ansys Systems Tool Kit (STK), программное обеспечение для теплового моделирования Ansys Thermal Desktop и программное обеспечение Mechanical. Кроме того, команда изучает возможность использования решений Synopsys на базе FPGA.
«Мы продолжаем полагаться на программное обеспечение для моделирования Ansys практически ежедневно в нашей инженерно-конструкторской и преподавательской работе», — добавляет Шофман.
Изучение преимуществ программы Ansys Startup Program и партнерства Ansys Student Team Partnership
Ни одной из инновационных групп, представленных в этой статье, не пришлось проходить путь моделирования в одиночку. Как и другие начинающие аэрокосмические инноваторы, эти группы использовали поддержку либо через программу Ansys Startup Program, либо через партнерство Ansys Student Team Partnership, чтобы помочь им добиться успеха.
Для BluJ программа Ansys Startup Program помогла команде быстро итерировать сложные проекты и проверять концепции перед тем, как переходить к дорогостоящей физической разработке. Как объясняет Дхармапури, «программа Ansys Startup Program остается абсолютной необходимостью для нашего рабочего процесса».
Для команды UTAT Space Systems инструменты моделирования поддерживают как разработку проектов, так и обучение студентов. По словам Шофмана, работа с технологиями промышленного стандарта и доступ к партнерству Ansys Student Team Partnership помогают студентам укреплять свои инженерные навыки, получая при этом практический опыт, который они смогут использовать в будущей карьере.
В Project Svarog это сотрудничество поможет последовательно интегрировать моделирование в процесс проектирования. «Это даст Project Svarog гораздо более надежный рабочий процесс верификации, а также даст нашей команде реальный опыт работы с инструментами промышленного стандарта перед нашим запуском на низкую околоземную орбиту (НОО)», — говорит Ацевски.
Что дальше для этих аэрокосмических инноваторов
Эти инноваторы уже добились больших успехов в своих областях и не собираются останавливаться.
Для Project Svarog успех не обошелся без проблем. Несмотря на то, что эксперименты на воздушных шарах для студентов университетов (BEXUS) launch in October 2025 failed, команда перешла к новому подходу и продолжает продвигаться к своим целям, включая вторую попытку запуска своего CubeSat с помощью BEXUS. Как выразился Ацевски, изобретательность и способность переключаться и находить «нестандартное, но надежное конечное решение» — это часть прелести студенческих проектов.
Недавний прогресс был определен разработкой их следующего испытания запуска на НОО, документа плана миссии и основной команды по НОО. Дальнейший рост в предстоящем году будет включать завершение технико-экономического обоснования и системных требований для запуска, а также разработку функциональной демонстрации FlatSat — спутника, распределенного в плоском виде по лабораторному столу для тестирования. Здесь решения для моделирования Ansys помогут в разработке оборудования космического класса для их интегрированных систем и стандартизации процесса производства секций композитных штанг. Благодаря моделированию команда сможет «настроить ламинат и геометрию штанги, сокращая при этом количество дорогостоящих физических прототипов, которые нам нужно изготовить», — объясняет Ацевски. Команда также планирует объединить тепловой и структурный анализы перед своей миссией на НОО.
Что касается BluJ, то они успешно завершили первый полет своего самолета второго поколения, proto-LITE. «Видеть, как самолет proto-LITE совершил безупречный первый полет, было огромной победой для всей команды», — говорит Дхармапури. «Не менее значимым с инженерной точки зрения стало завершение испытаний Iron Bird для нашей архитектуры второго поколения, которые уверенно подтвердили нашу интеграцию электрики и силовой установки в полном масштабе».
Заглядывая вперед, BluJ планирует работать над задачами с более тяжелой полезной нагрузкой и продолжать использовать высокоточные инженерные данные, генерируемые решениями Ansys, для обобщения и количественной оценки своих инженерных ресурсов и запасов структурной безопасности для сертификации и соответствия требованиям. «Наш бизнес-импульс соответствует нашим инженерным успехам», — говорит Дхармапури. «Мы работаем над коммерческим пилотным проектом с нашим клиентом, а также ведем переговоры на продвинутой стадии о закрытии нашего раунда финансирования».
Что касается UTAT Space Systems, они существенно расширили свою команду и разработали скоординированную организационную структуру, которая будет поддерживать беспрепятственную передачу знаний между студентами. Благодаря этому UTAT Space Systems сможет более эффективно разрабатывать свою гиперспектральную полезную нагрузку для наноспутников и снижать риски своей миссии, формируя при этом ключевые партнерства с другими студенческими командами и Канадским космическим агентством (CSA). Благодаря этой работе UTAT Space Systems ожидает запуск в 2030 году.
Эти группы показывают, как начинающие аэрокосмические команды доказывают, что амбициозные идеи не требуют неограниченных ресурсов. Им нужны правильные решения, готовность к итерациям и уверенность в том, чтобы проверить то, что когда-то казалось невозможным.
Независимо от того, запускаете ли вы стартап или возглавляете студенческую команду, доступ к правильной технологии моделирования может помочь воплотить амбициозные идеи в реальность. Узнайте больше о программе Ansys Startup Program или партнерствах Ansys Student Team Partnerships, чтобы увидеть, как моделирование может поддержать ваш следующий прорыв.
Специально для вас. У нас есть дополнительные ресурсы, которые могут вам понравиться.
ВЗГЛЯНИТЕ
«Моделирование должно быть основой вашего проектирования. Вы просто не можете полагаться исключительно на физические испытания для обнаружения структурных дефектов или аэродинамических неэффективностей. Обосновывайте свои проекты математическим моделированием на ранних этапах, виртуально проверяйте свои законы управления и позвольте программному обеспечению взять на себя тяжелую работу по первоначальным методам проб и ошибок».
— Утам Кумар Дхармапури, соучредитель и технический директор BluJ
