Innowacyjne, latające obserwatorium zaprojektowane przez DLR i NASA w SOLIDWORKS Research Edition

SOLIDWORKS Research Edition - Case Study SOFIA

Deutsches Sofia Institut (DSI) polegało na narzędziach do projektowania i analiz wersji badawczej SOLIDWORKS Research Edition podczas rozwoju Stratosferycznego Obserwatorum Astronomii w Podczerwieni [ Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA)], jedynego na świecie latającego obserwatorium.

Wyzwanie:

Rozwój i optymalizacja stabilizacji teleskopu, kamery śledzącej i systemów interfejsu dla SOFI.

Rozwiązanie:

Użycie oprogramowania SOLIDWORKS Research Edition jako głównego narzędzia do projektowania i optymalizacji.

Korzyści:

  • Pomoc w osiągnięciu przełomowych odkryć w astronomii
  • Optymalizacja teleskopu i kamery śledzącej
  • Obniżenie masy części dzięki narzędziom symulacyjnym
  • Ułatwiona współpraca i komunikacja pomiędzy członkami zespołu projektowego

Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) to odnowiony Boeing 747 SP wyposażony w 2,7 – metrowy teleskop podczerwony. Innowacyjny samolot badawczy pozwala naukowcom na obserwację podczerwonego zakresu światła, który z poziomu ziemi jest widoczny tylko częściowo. SOFIA powstawała we współpracy Niemieckiego Centrum Kosmicznego (DLR) i NASA.

Projektowanie 3D w SOLIDWORKS Research Edition - Projekt SOFIA

Naukowa część projektu jest koordynowana przez Niemiecki Instytut SOFIA (DSI), zlokalizowany na Uniwersytecie w Sztutgarcie oraz Uniwersytecki Związek Badań Kosmicznych w Stanach Zjednoczonych. Konsorcjum niemieckiego przemysłu zaprojektowało i wykonało teleskop. Natomiast systemy stabilizacyjne, systemy śledzenia kamery i teleskopu zostały opracowane przez DSI. Zadaniem NASA było modyfikacja samolotu, instalacja teleskopu i testy maszyny. Główną przewagą SOFI nad tradycyjnymi, naziemnymi teleskopami jest możliwość prowadzenia obserwacji w precyzyjnie określonej lokalizacji, wymaganej do ukazania rzadkich zjawisk na niebie, jak zaćmienia.

Światło podczerwone, emitowane przez ciała w kosmosie, szczególnie interesuje naukowców. Z powierzchni ziemi jest widoczne tylko częściowo, głównie z powodu kropel wody znajdujących się w ziemskiej atmosferze, blokujących promieniowanie podczerwieni. Jednakże, na wysokości 13 km prawie nic nie zakłóca obserwacji.

Według Dr Dorte Mehlert’a z Uniwersytetu w Sztutgarcie, DSI opracowało dużą część systemu SOFIA, pracując z absolwentami i doktorantami. Aby ułatwić współpracę, zespół potrzebował wspólnej platformy projektowania 3D. DSI wybrało SOLIDWORSK Research Edition, ze względu na łatwość obsługi, dostęp do zintegrowanych narzędzi symulacyjnych i popularność oprogramowania wśród uczestników projektu.

Głównym powodem, dla którego wybraliśmy SOLIDWORKS, jest fakt, że większość naszych partnerów przemysłowych używa tego oprogramowania” wyjaśnia Yannick Lammen, doktorant mechaniki, który pracuje nad optymalizacją strukturalną systemów stabilizacji teleskopu. „Wraz z kolegą, nie mieliśmy styczności z SOLIDWORKS, aż do tego projektu, ale oprogramowanie jest tak intuicyjne w użyciu, że nauka zajęła mi około tygodnia.”

„Wykorzystując narzędzia SOLIDWORKS Simulation, prowadziłem badania naprężeń i rozszerzalności cieplnej elementów systemu teleskopu. Masa jest krytyczna w kosmonautyce, a SOLIDWORKS Simulation pomogło mi zredukować ją tam, gdzie to możliwe.” – Jan Drendel, Absolwent mechaniki.

Symulując warunki stratosferyczne

Zespół SOFIA wykorzystał SOLIDWORKS do modelowania różnych złożeń i części wymaganych do stabilizacji kamer i teleskopu. Dzięki Simulation  przetestowali i zoptymalizowali konstrukcję w wymagających środowisku poruszającego się w stratosferze statku powietrznego.

SOLIDWORKS Simulation Research Edition - analizy i symulacje

„Samolot SOFIA nieustannie się porusza i trzęsie, a teleskop musi pracować w zakresach różnych temperatur i ciśnień” – wyjaśnia Jan Drendel, który pracował nad sprzężeniem trzech kamer śledzących i teleskopu. „System jest poddany zarówno temperaturom panującym w Kalifornii, jak i – 40o C w stratosferze.”

Rozwój latającego obserwatorium SOFIA, które swój pierwszy lot odbyło w 2010 roku, a pełną operacyjność zaczęło w maju 2014, doprowadził do wielu astronomicznych odkryć. Między innymi są to: obserwacja zaćmienia Plutona, odkrycie dwóch nowych molekuł, nowej formacji gwiazd w centrum Drogi Mlecznej, czy zgłębienie zagadnień dynamiki gazów.

„SOFIA może być we właściwym miejscu, we właściwym czasie” – podsumowuje Lammen. „Tak jak i ja – byłem we właściwym miejscu, we właściwym czasie, mając cudowną szansę pracowania nad rozwojem tej astronomicznej innowacji”.