Dr Veronica Martinez, profesor nadzwyczajny w Instytucie Wytwarzania (IfM) na Uniwersytecie w Cambridge, wyjaśnia, jak nowa technologia zmienia przemysł satelitarny.
Wraz z wejściem na rynek nowych firm zajmujących się technologiami kosmicznymi, szczególnie w sektorze komercyjnym na niskiej orbicie okołoziemskiej, przemysł satelitarny przechodzi szybką transformację cyfrową. Jednym z kluczowych elementów napędzających tę zmianę jest technologia bliźniaków cyfrowych.
W ciągu ostatnich sześciu dekad około 6000 satelitów zostało wystrzelonych na orbitę, a przestrzeń kosmiczna jest obecnie postrzegana, podobnie jak media wodociągowe lub energetyczne, jako niezwykle ważna infrastruktura narodowa.
Dzięki rosnącej komercjalizacji sektora, wykładniczy wzrost danych wykorzystywanych w przestrzeni kosmicznej stwarza znaczące możliwości ponownego opracowania istniejących usług satelitarnych, takich jak telekomunikacja, pozycjonowanie globalne, prognozowanie pogody i pomoc w przypadku katastrof. A wraz z nowymi graczami, takimi jak Starlink, OneWeb, Amazon i innymi prywatnymi inwestorami, pomagającymi napędzać cyfryzację, istnieje silne strategiczne pragnienie świadczenia usług o wartości dodanej w przemyśle kosmicznym.
Podwójne zdolności cyfrowe wykorzystywane w innych sektorach (np. przemyśle motoryzacyjnym i lotnictwie komercyjnym) są coraz częściej postrzegane jako kluczowy element transformacji cyfrowej i wprowadzania technologii na rynek satelitarny.
W naszej pracy w IFM chcieliśmy zrozumieć potencjalną wartość bliźniaków cyfrowych dla sektora oraz opracować mapę drogową technologii wdrażania bliźniaków cyfrowych w branży satelitarnej.
Czym jest cyfrowy bliźniak?
Cyfrowy bliźniak jest hipotetyczną reprezentacją zasobu fizycznego. Czujniki są stosowane do fizycznego zasobu lub systemu w celu zbierania informacji. Umożliwia to dynamiczną, stale aktualizowaną wirtualną reprezentację fizycznego pochodzenia, składającą się z modeli, które odzwierciedlają każdy z jego istotnych aspektów za pomocą narzędzi symulacyjnych opartych na fizyce. Zastosowania przemysłowe cyfrowych bliźniaków obejmują cały cykl życia fizycznego zasobu, od projektu do utylizacji.
Cyfrowe bliźniaki są wykorzystywane w fazie projektowania do iteracyjnej optymalizacji. Informacje zebrane o produktach podczas produkcji są wykorzystywane w fazie operacyjnej. Obecnie konserwacja predykcyjna jest najbardziej rozpowszechnioną podwójną aplikacją cyfrową w praktyce przemysłowej.
W produkcji cyfrowe bliźniaki mogą zapewniać monitorowanie w czasie zbliżonym do rzeczywistego, integrując dane historyczne, dane w czasie zbliżonym do rzeczywistego i dane prognostyczne, aby śledzić przeszłość, monitorować teraźniejszość i prognozować przyszłość.
satelity i przestrzeń kosmiczna
Związek Radziecki wystrzelił Sputnika 1, swojego pierwszego sztucznego satelitę, w 1957 roku. Pozostawał na orbicie przez trzy miesiące, zanim spłonął w ziemskiej atmosferze. Od tego pionierskiego momentu wiele statków kosmicznych zostało wysłanych na orbitę Ziemi oraz wokół Księżyca, Słońca i innych planet.
Do tej pory wokół Ziemi krąży około 4500 aktywnych satelitów. Z przychodami w wysokości 271 miliardów dolarów segment satelitarny stanowił w 2020 r. prawie trzy czwarte całego światowego przemysłu kosmicznego.
Większość działających satelitów jest wykorzystywana do usług komunikacyjnych, a następnie do teledetekcji, działalności naukowej i bezpieczeństwa narodowego. Nasza praca dotyczyła satelitów komunikacyjnych (telewizyjnych, telefonicznych, szerokopasmowych, radiowych i wojskowych).
Cyfrowe bliźniaki: wartość dla branży satelitarnej?
Z perspektywy rynkowej istnieją trzy główne czynniki sprzyjające korzystaniu z cyfrowych bliźniaków: trendy cyfryzacji, zatłoczenie przestrzeni kosmicznej i rozwój sektora w Stanach Zjednoczonych.
Według ekspertów z branży, zatłoczenie przestrzeni kosmicznej, jeśli nie zostanie rozwiązane, stanie się poważnym problemem. Jednak nie tylko problem przestrzeni stał się problemem; Zwiększona liczba aktywnych satelitów może prowadzić do zakłóceń sygnału.
Podwójna technologia cyfrowa może przyczynić się do zmniejszenia ilości śmieci kosmicznych, na przykład dzięki wykorzystaniu modeli przewidywania kolizji i zakłóceń sygnału w oparciu o sztuczną inteligencję. Mogą wspierać istniejące metody śledzenia i ulepszać satelitarne systemy unikania kolizji. Scenariusze warunkowe można wykorzystać do uniknięcia potencjalnych kolizji z zanieczyszczeniami przy jednoczesnej optymalizacji zużycia paliwa.
Z punktu widzenia firmy zwiększenie dostępności usług jest jedną z głównych korzyści płynących z aplikacji cyfrowych bliźniaków. Dostępność usługi zależy od wydajności satelity, którą określa przede wszystkim długowieczność satelity osiągnięta poprzez samonaprawę oraz zapobieganie niezamierzonym kolizjom lub cyberatakom.
Wraz z szybkim rozwojem technologii, dokładne przewidywanie wieku staje się coraz ważniejsze. Technologia Digital Twin umożliwia projektowanie pełnego zakresu scenariuszy w bezpiecznym środowisku i maksymalizację wydajności poprzez inżynierię poszczególnych punktów awarii tak blisko, jak to możliwe, aby zapewnić ciągły zasięg.
Niższe koszty operacyjne to również główna korzyść wynikająca z tańszych i lepszych testów oraz wczesnego rozpoznawania ryzyka. Testowanie w bezpiecznym środowisku wirtualnym zmniejsza koszty awarii, a wykrywanie ryzyka zapobiega kosztownym stratom. Dzisiejszy test systemu na żywo może czasami zakłócić działanie całej sieci. Symulowanie satelity na orbicie i sposobu, w jaki radzi sobie z warunkami, takimi jak promieniowanie i ekstremalne temperatury, pomaga wyeliminować ryzyko całego procesu.
Wdrażanie cyfrowych bliźniaków: mapy drogowe
Opracowując techniczną mapę drogową korzystania z cyfrowych bliźniaków za pośrednictwem usług satelitarnych, chcieliśmy wypełnić lukę między strategią korporacyjną z jednej strony a technologią z drugiej.
Dzięki serii częściowo ustrukturyzowanych wywiadów z ekspertami z brytyjskiego rządu i przemysłu, których specjalizacja sięgała od projektowania systemów satelitarnych po operacje, byliśmy w stanie zbudować i zweryfikować mapę drogową. Mapa drogowa została następnie zweryfikowana podczas warsztatów z międzynarodową linią lotniczą Babcock International.
Mapa drogowa określa modele biznesowe dla podwójnych cyfrowych usług satelitarnych i łączy je z czynnikami rynkowymi i technologicznymi, wypełniając w ten sposób lukę między strategią, rynkiem i technologią. Technologia cyfrowych bliźniaków zapewnia wartość dodaną na różnych poziomach, od konserwacji predykcyjnej po bezpieczne i odporne usługi komunikacyjne, monitorowanie teraźniejszości w czasie rzeczywistym i prognozowanie przyszłości, a ostatecznie pełną integrację systemu.
Podwójny cyfrowy satelitarny plan działania może również wpływać na strategie dotyczące produktów i usług w biznesie, finansach, opiece zdrowotnej, humanitarnych operacjach kryzysowych, misjach wojskowych i eksploracji galaktyki. Mogą z niego korzystać firmy i sieci satelitarne, operatorzy satelitarni i eksperci technologiczni (a także kadra kierownicza wyższego szczebla).
Przyszłość cyfrowych bliźniaków
Odkryliśmy, że technologia dual-digital oferuje wartość na poziomie operacyjnym, na poziomie sieci komunikacyjnej i bezpieczeństwa lub na poziomie systemów zintegrowanych.
Według dr Richa Drake’a, Chief Technology Officer Babcock International Group, zastosowanie podwójnej technologii cyfrowej na Ziemi, orbit i inżynierii danych w systemach satelitarnych ma ogromny potencjał, aby zaoferować nowe i alternatywne rozwiązania dla sektora kosmicznego. „Możliwości cyfrowych bliźniaków, takie jak te, którym się przyglądaliśmy, mogą zapewnić nowe możliwości współpracy między dostawcami, użytkownikami i inwestorami, aby pobudzić dalszy rozwój technologii kosmicznej i stymulować popyt rynkowy” – powiedział.
Jednak pomimo oczywistych korzyści, pojawią się pewne przeszkody we wdrażaniu cyfrowych bliźniaków poprzez usługi satelitarne.
Na przykład zaufanie i akceptacja technologii jest główną barierą, którą należy jasno określić ilościowo i przekazać wszystkim graczom, jeśli ma zostać przezwyciężona. Kolejny problem z danymi; Uzyskanie właściwych danych, odpowiedniej jakości danych i ustalenie jasności co do własności danych jest często trudne.
Umiejętności to także wyzwanie. W przyszłości firmy chcące konkurować poprzez rozwój cyfrowych bliźniaków będą potrzebowały cyfrowej siły roboczej wyposażonej zarówno w wiedzę techniczną, jak i strategiczne nastawienie oparte na danych.
dogłębna lektura
Raport i towarzyszący mu plan działania zostały uzupełnione wkładami Nikolaia Haasa, wizytatora badawczego w Cambridge Service Alliance, dr Richarda Drake’a i Shane Masona z Babcock International Group oraz profesora Hansa-Georga Fromma z Karlsruhe Institute of Technology.
Pełny raport można pobrać ze strony IfM: „Cyfrowe bliźniaki: przywództwo myślowe w branży satelitarnej”
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
