Ciência e Espaço

Gêmeos digitais ganhando força em programas de satélites militares

Os gêmeos digitais há anos são considerados a próxima grande novidade na indústria espacial. Embora a tecnologia ainda esteja evoluindo, as empresas desse setor veem uma demanda crescente por ferramentas de engenharia digital para projetar redes complexas de satélites.

“Estamos finalmente neste ponto de transição, de ser um chavão e experimentar muito cinismo, para algo que as pessoas veem como uma necessidade real”, disse Robbie Robertson, cofundador e CEO da Sedaro, uma startup que desenvolve engenharia digital. software focado em sistemas espaciais. 

A empresa, com sede em Arlington, Virgínia, foi fundada em 2016. Ela ganhou quase US$ 3 milhões em prêmios de pesquisa para pequenas empresas do Departamento de Defesa e da NASA, e também levantou capital de risco. 

A escala e a complexidade das constelações de satélites tornam os gêmeos digitais uma necessidade, disse Robertson. O problema, especialmente para programas militares, é que eles venderam ferramentas legadas de design digital renomeadas como gêmeos digitais, disse ele. 

No planejamento e projeto de grandes constelações de satélites, “quando você conecta o virtual e o físico, pode gerenciar a complexidade em um grau que os humanos não conseguem”, disse ele.

Os gêmeos digitais estão ganhando força em programas de satélites militares, à medida que o DoD planeja a próxima geração de sistemas espaciais, disse Robertson. 

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O software da Sedaro, disse ele, é usado pela organização de requisitos do Pentágono, que supervisiona as principais aquisições de sistemas. Um gêmeo digital de uma rede de satélites de rastreamento de mísseis, por exemplo, ajuda os tomadores de decisão a ajustar os requisitos antes de adquirir os satélites.

A Força Espacial está usando um gêmeo digital para planejar um experimento chamado Tetra 5 , para reabastecer satélites em órbita. “Este é um exemplo de programa que requer a entrega de um gêmeo digital junto com o sistema físico”, disse Robertson. 

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Plataforma de IA para engenharia digital 

Os programas espaciais militares também são clientes-alvo de uma startup de engenharia digital chamada Istari , apoiada pelo ex-CEO do Google, Eric Schmidt, e dirigida pelo ex-funcionário de compras do Pentágono, Will Roper. 

Roper, fundador e CEO da Istari, disse que o desenvolvimento de aeronaves militares, satélites e outros sistemas poderia ser mais rápido e barato se as plataformas pudessem ser projetadas, testadas e até mesmo certificadas por meio de modelagem e simulação.

Isso não é possível hoje, disse ele, já que os programas de compras militares dependem de uma mistura de modelos e simulações de diferentes contratantes que não funcionam juntos em um ambiente digital integrado.

A plataforma AI da Istari serviria como um sistema operacional comum para modelos e simulações. A ideia é permitir que qualquer modelo seja plug and play, independentemente de quem os possui.

A Força Espacial poderia realmente se beneficiar dessa tecnologia, disse Roper. Um operador de satélite, por exemplo, treinaria no mesmo modelo em que o engenheiro está projetando. Este seria um verdadeiro fio digital, permitindo que os engenheiros atualizassem e aprimorassem constantemente seus projetos com dados em tempo real dos usuários.

Um ‘verdadeiro’ gêmeo digital 

Robertson disse que os clientes geralmente ficam sobrecarregados com as palavras-chave do marketing e as múltiplas definições de gêmeo digital . A maneira como ele explica é como uma “representação virtual de alta fidelidade do sistema físico que existe ao longo de todo o seu ciclo de vida, até o ponto em que o comportamento do sistema orbital e seu gêmeo estão perfeitamente sincronizados”.

A Sedaro lançou em abril uma versão atualizada de sua ferramenta de engenharia digital baseada em nuvem que espera convencer os céticos de que a tecnologia não é apenas mais uma tendência exagerada. 

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“Muitas pessoas ficaram desapontadas com o ponto em que estamos com a engenharia digital para sistemas espaciais”, disse ele. Isso é compreensível, “já que não usamos software para permitir uma melhoria drástica na complexidade e qualidade das tecnologias de hardware”.

Os programas de satélite do DoD há anos contam com uma combinação confusa de produtos de software internos e comerciais de décadas para projetar seus próprios gêmeos digitais. Essas tecnologias herdadas, disse Robertson, não podem ser dimensionadas para as grandes constelações de satélites que os militares estão planejando para o futuro, como a arquitetura de órbita baixa da Terra da Agência de Desenvolvimento Espacial . 

Engenharia digital para planejar a constelação

Em sua mais recente solicitação de satélites de comunicação , a Agência de Desenvolvimento Espacial está pedindo aos empreiteiros que enviem representações digitais de seus satélites para que a agência possa construir modelos. “Eles não pediram especificamente gêmeos digitais”, mas estão se movendo nessa direção, disse Robertson. “Há muitos botões que você pode ativar para entender o que os gêmeos digitais podem significar para essa organização em particular.”

Para o DoD, ter gêmeos digitais de satélites operacionais “é realmente a aplicação futura mais empolgante dessa tecnologia”, disse ele. 

Tradicionalmente, as pessoas pensam em uma simulação de engenharia como uma ferramenta de projeto “antes de ter o hardware, antes de ter um sistema físico”, acrescentou. 

“Mas a maneira como os gêmeos digitais serão usados ​​principalmente é para operações, simulando o sistema com alta fidelidade para que você possa otimizar como está usando, encontrar vulnerabilidades de uma perspectiva militar e fazer manutenção preditiva, que é como os gêmeos digitais são muito usados ​​em outras indústrias.”

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As plataformas de engenharia digital, para serem viáveis ​​no mercado de defesa, precisam ser ambientes interoperáveis, assim como a internet, então o DoD não depende de um único fornecedor, disse ele. Organizações como a SDA, que compram satélites de diferentes fabricantes, não querem pagar milhões de dólares por modelos e ferramentas de software incompatíveis.

Dentro da Força Espacial, há um esforço para introduzir tecnologias digitais em todos os aspectos de suas operações, e isso incluirá a engenharia digital, disse Robertson.

O que isso realmente significa no nível do usuário ainda não está claro, disse ele. “A liderança está dizendo que seremos um serviço digital, mas eles estão contando com fornecedores legados de ferramentas de software sob medida.”

Concepção artística do Ecossistema Digital Espacial e da plataforma de Integração. Crédito: Comando de Sistemas Espaciais

Sob um novo programa chamado National Space Test and Training Complex , a Força Espacial buscará argumentos da indústria em várias tecnologias, incluindo engenharia digital. 

“Existem todos esses ecossistemas de engenharia digital e conjuntos de ferramentas sendo implementados, incluindo coisas de gêmeos digitais”, disse Robertson. “Mas não há um vencedor claro.”

Decisões difíceis estão por vir nesta área, disse ele, “Eles têm todos esses esforços redundantes e sobrepostos. Então, qual deles será o ecossistema de nuvem operacional?”

O Comando de Sistemas Espaciais anunciou em abril planos para lançar uma “plataforma de ecossistema de engenharia digital para ajudar a Força Espacial dos EUA e seus parceiros de missão a ficarem à frente das ameaças”.

A plataforma digital, com conclusão prevista para 2025, “ajudará a integrar os esforços de engenharia digital existentes em todo o ecossistema USSF”.

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