L’ingegneria digitale mostra il potenziale per sistemi di allarme missilistici più economici e flessibili

Washington Per decenni, gli Stati Uniti hanno utilizzato lo stesso approccio per rilevare i missili balistici dallo spazio. Metteremo in orbita un piccolo numero di satelliti con sensori a infrarossi e li espanderemo per coprire la superficie della terra 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana.

E ha funzionato principalmente. La Space Force tiene traccia di migliaia di missili ogni anno e in un caso che ha attirato l’attenzione del 2020, il miglior sistema satellitare di rilevamento missilistico d’America Avviso dell’ultimo minuto ai combattenti iracheni Sono stato in grado di trovare un riparo dai missili lanciati dall’Iran .

Ma la sua struttura a costellazione non è più sostenibile. La proliferazione delle armi antisatellite sta mettendo in discussione questo approccio. I leader militari statunitensi affermano che non ha più senso mettere tutte le uova da 1 miliardo di dollari nello stesso paniere.

Ciò che la Space Force vuole Architettura distribuita, significa più satelliti per ogni funzione stratificati in orbite diverse. Invece di posizionare alcuni satelliti di allarme missilistico in orbita geosincrona a 22.236 miglia dalla superficie della Terra, il servizio vuole posizionarli in un’orbita terrestre media da 1.243 miglia a un’orbita geosincrona.

d’altra parte, Space Development Agency sta sviluppando una nuova costellazione. Tiene traccia anche di missili realizzati da centinaia di satelliti vicino alla superficie in orbita terrestre bassa. Devono entrare in funzione anni prima che la Space Force possa espandere il suo sistema di allarme missilistico.

Questo tipo di architettura distribuita, che si estende su tre livelli di orbita, non si limita a fornire flessibilità. Garantirà che il nemico non possa eliminare offline le capacità spaziali americane disabilitando o distruggendo un singolo satellite. Se i satelliti in orbita geosincrona non sono disponibili, la Space Force può fare affidamento su satelliti in altre orbite.

Gli strumenti di ingegneria digitale stanno ora fornendo alle autorità delle forze spaziali nuove informazioni su come implementare la loro architettura distribuita per aumentare i satelliti ad alta orbita che monitorano i missili. Il servizio sta investendo pesantemente in concetti di ingegneria digitale che stanno avanzando nella comunità aerospaziale e in altre parti del settore, consentendo di testare e convalidare nuovi progetti di satelliti e strutture di costellazioni in un ambiente digitale. .. Con questo strumento, puoi non solo fornire grafici, ma anche testare il tuo progetto in simulazioni che rappresentano accuratamente l’ambiente spaziale e tenere traccia di come le modifiche influiscono sulle prestazioni.

Il prossimo sistema di allarme missilistico americano, il Next Generation Overhead Sustained Infrared, è stato progettato come uno dei sistemi più grandi e sofisticati con una tecnologia sofisticata e costosa. movimenti simili con alcune piccole modifiche. Lo Space and Missile Systems Center ha assegnato a Lockheed Martin 2,9 miliardi di dollari nel 2018 per la progettazione di tre satelliti geostazionari. $ 4,9 miliardi nel 2021 per costruirli. Northrop Grumman si è assicurata $ 2,4 miliardi per progettare due satelliti polari per la costellazione.

Ma a maggio la Space Force ha annunciato due contratti che potrebbero cambiare radicalmente il futuro del sistema. SMC ha assegnato due premi da 29 milioni di dollari a Raytheon Technologies e circa 28 milioni di dollari alla sussidiaria di Boeing Millennium Space Systems per costruire un modello digitale del satellite OPIR di prossima generazione. Le due società non solo progetteranno satelliti utilizzando tecniche di ingegneria digitale, ma verificheranno anche il loro effettivo funzionamento in orbita terrestre media.

Il passaggio ai satelliti MEO è un cambiamento sismico nell’architettura di allarme missilistico statunitense e il passaggio all’uso dell’ingegneria digitale è uno dei primi a vedere cosa voleva la Space Force. Il primo servizio al mondo completamente digitale..

Perché ramificarsi in un’altra orbita?

Il viaggio è iniziato nel 2019, secondo Rob Aalseth, direttore esecutivo dei sistemi strategici nella divisione spazio e sistemi di comando e controllo di Raytheon Intelligence and Space. Quell’anno, la società ha firmato un contratto di ricerca con SMC, una tecnologia industriale per i satelliti OPIR blocco 1 di nuova generazione. La Space Force ha assegnato alla società un’opzione successiva per gli sforzi volti a discutere su come modificare l’architettura del sistema.

“Una delle aree di cui abbiamo discusso a lungo è stato lo spostamento del sensore su MEO, che si trova in un’orbita terrestre media, ma con molti vantaggi. Uno è la sensibilità perché è un po’ più vicino alla Terra. È un leggero miglioramento “, ha detto Aalseth a C4ISRNET.

In effetti, MEO copre una vasta area di pace abbastanza vicina alla Terra. L’orbita geosincrona è costante sopra le miglia 22,236, ma MEO copre tutto ciò che è al di sotto di essa fino a miglia 1.243 sopra la superficie della Terra. La maggior parte dei principali satelliti di proprietà del Pentagono sono gestiti da GEO, ma ce ne sono diversi nel dipartimento di MEO. Soprattutto la costellazione GPS.

淢EO ha molti vantaggi importanti, ha affermato Jason Kim, CEO di Millennium Space Systems. Quello che MEO fa è che può vedere un’area più ampia della Terra con meno satelliti di LEO LEO ha bisogno di centinaia di satelliti per raggiungere la copertura globale ed è importante per aprire il divario. Perdendo alcuni satelliti in luoghi e con copertura. LEO è anche limitato dall’orizzonte. “

Ciò rappresenta una sfida per i satelliti di localizzazione missilistici LEO pianificati da SDA che operano vicino alla Terra per rilevare più facilmente le armi ipersoniche. La loro visuale limitata significa che seguono le loro armi solo per un breve periodo di tempo prima che i loro missili scompaiano dietro l’orizzonte.

SDA vuole risolvere questo problema creando una rete mesh orbitale che collega centinaia di satelliti di allarme missilistico La gestione del tracciamento può essere passata da satellite a satellite mentre la minaccia viaggia in tutto il mondo. I satelliti MEO possono tracciare le minacce più a lungo in orbita prima che l’orizzonte ostruisca la vista.

Per Kim, MEO è un’opzione migliore di LEO o GEO. Ci sono più satelliti di GEO per fornire elasticità, ma non richiedono l’enorme numero di satelliti necessari per la copertura globale di LEO.

Nell’ambito di un accordo di ricerca con la Space Force, Raytheon utilizza algoritmi sviluppati internamente per posizionare i satelliti OPIR di nuova generazione in MEO, migliorando le prestazioni a un prezzo scontato rispetto ai prezzi dei sistemi squisiti. , Ha mostrato come fornire resilienza attraverso i livelli.

Nessuna delle due società fornisce una stima dei costi per il satellite, ma i satelliti MEO sono generalmente più piccoli, il che li rende più economici da produrre e lanciare.

“Quando capiscono quante di queste funzionalità sono possibili quando un particolare algoritmo viene applicato in un modo nuovo e una combinazione di sensori viene applicata in un modo nuovo, la lampadina avanza. È stato bello vedere “, ha detto Aalseth.

Entrambi i progetti di satelliti in fase di sviluppo da parte di Raytheon e Millennium possono operare su MEO e GEO, offrendo flessibilità al governo.

Questo è un approccio molto conveniente e possiamo sviluppare sensori in grado di funzionare in diversi regimi orbitali senza cambiare radicalmente il sensore, ha affermato Aalseth.

La soluzione fornita non solo migliora la funzionalità e ripristina la forza della costellazione, ma sia Kim che Aalseth hanno affermato che il satellite sarà più economico di quanto non lo sia oggi.

Grazie all’adozione di un’auto compatta ad alte prestazioni e conveniente, i nostri clienti sono stati in grado di pagare costi notevolmente inferiori per più satelliti e utilizzando i dati SBIRS in simulazioni ad alta fedeltà. Abbiamo già dimostrato che la funzionalità del sistema sarà notevolmente migliorata”, ha affermato Kim.

In parole povere, gli appaltatori affermano che l’aggiunta dell’architettura MEO Next Gen OPIR può fornire prodotti più economici, più resistenti e con una risoluzione più elevata. E se alla Space Force piacerà ciò che vede da questi contratti, potrebbe dare alle due società un premio favorevole in un prossimo futuro. Secondo Kim, dopo un’importante revisione del progetto del carico utile in 18 mesi, la Space Force ha scelto una gamma più ampia di opzioni future da ciascun fornitore per integrare e lanciare fino a tre veicoli spaziali. Puoi iniziare il tuo progetto.

Come funziona l’ingegneria digitale

Tanto radicali quanto i potenziali cambiamenti all’architettura di allarme missilistico della Space Force sono le nuove priorità di ingegneria digitale di questo accordo.

Secondo Aalseth, le pratiche di progettazione analogica sono ulteriormente suddivise, con individui e team che lavorano su diverse parti del sistema satellitare. In quell’ambiente, potrebbe non essere immediatamente evidente come i cambiamenti in una parte influenzino altre parti del sistema. L’ingegneria digitale, d’altra parte, consente a ogni membro del team di accedere a ogni parte del progetto e le modifiche alle parti del sistema si riflettono immediatamente nel modello digitale. I team possono vedere come il lavoro individuale influisce sulle prestazioni del sistema.

L’ambiente di fedeltà utilizzato dagli ingegneri digitali fornisce un’immagine più accurata di come funziona il sistema in orbita. Queste sono più di semplici animazioni. Gli ingegneri possono acquisire le dimensioni, la funzionalità e le caratteristiche fisiche effettive del sistema e testarlo in una riproduzione realistica.

Puoi fluttuare completamente i requisiti, ma puoi digitalizzarli. Si può infatti avere una rappresentazione completa del prodotto e un alto livello di dettaglio in tutti i parametri, ha affermato Aalseth. Io sono. “Poiché è una rappresentazione realistica, puoi effettivamente misurare le prestazioni di un dispositivo elettronico rispetto al suo output.”

A maggio, il colonnello Timothy Sediva, Executive Officer del Programma SMC per l’esplorazione spaziale, ha annunciato un contratto incentrato sull’ingegneria digitale, affermando: “Fornendo previsioni realistiche di costi, programmi e prestazioni, US Space. Supporta l’analisi dell’architettura militare e consente essenzialmente il digitale. ” È un approccio di acquisto. “

L’ingegneria digitale contribuisce all’obiettivo della Space Force di evitare il lock-in del fornitore. Utilizzando strumenti standard del settore, la Space Force può ottenere parti o satelliti da terze parti e distribuirli in un ambiente digitale per vedere come influenzano il sistema.

Questo impegno è un elemento chiave della strategia di ingegneria digitale di SMC, che consente ai governi di incorporare e connettere più modelli di appaltatori a un ambiente digitale automatizzato, ha affermato Sejba.

Questo è il primo importante annuncio di contratto per enfatizzare l’ingegneria digitale da quando la Space Force ha dichiarato che è il primo servizio digitale al mondo all’inizio di quest’anno, ma una parte importante del settore e della comunità aerospaziale sono già pratiche di ingegneria digitale. usando.

“Ma come sai, questo è un nuovo approccio allo spazio. I paracadutisti lo adottano da anni, e poi il mondo delle auto da corsa formula e il mondo delle auto lo fanno da anni. L’abbiamo adottato, dice Kim.

Millennium Space apprende l’ingegneria digitale dalla sua società madre e utilizza gli stessi strumenti standard del settore utilizzati dalla Space Force.

“Supportiamo i modelli digitali della US Space Force, utilizziamo questi modelli digitali nello spazio commerciale per muoverci rapidamente, scambiare più design e abbiamo la flessibilità di convalidare quei design come te. C’è una grande opportunità per mostrare i vantaggi dell’avere. Costruisci un sistema”, ha detto Kim.

Nathan Strout copre lo spazio, i sistemi senza equipaggio e di intelligence di C4ISRNET.

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