Da gennaio 2021 a oggi il razzo vettore Falcon 9 di SpaceX ha portato in orbita quasi 900 satelliti, collaborando anche con Nasa e Pentagono. Un record per la società dell’eclettico Elon Musk e una conferma di quanto è cambiata l’industria spaziale. Dopo 60 anni di dominio esclusivo da parte delle agenzie governative, oggi è ispirata da imprenditori visionari, start-up, aziende private che danno vita alla cosiddetta “space economy”. Secondo la Bank of America, il volume d’affari generato dalla space economy passerà dagli attuali 350 miliardi di dollari a 2,7 trilioni di dollari nei prossimi trent’anni. Una crescita esplosiva che porta David Ziegler, vicepresidente del settore Aerospace & Defense di Dassault Systèmes, ad affermare «lo Spazio sta aprendo nuove frontiere e l’industria spaziale vive un’epoca di Rinascimento. Non è lontano il giorno in cui l’attività di ogni azienda sulla Terra sarà in qualche modo legata allo Spazio. Basta pensare alle auto autonome: utilizzeranno connessioni 5G in città, ma serviranno satelliti nelle aree dove non c’è copertura 5G».
Nel mercato di satelliti e nanosatelliti competono player consolidati e nuovi attori. Per tutti, le sfide sono ridurre i tempi di sviluppo per rispondere alle aspettative sempre più alte dei clienti, garantendo performance al massimo livello. Dassault Systèmes aiuta le aziende a rispondere a queste sfide attraverso la piattaforma 3Dexperience. Che offre strumenti verticali dedicati al settore aerospace, ma soprattutto garantisce continuità dal design alla produzione in un ambiente collaborativo, integrando virtual twin, applicazioni in realtà virtuale e aumentata in una architettura model-based e object-oriented.
Come utilizzare al meglio la piattaforma 3Dexperience per ridurre i tempi di progettazione di un satellite, dal design al lancio in orbita, contando su una probabilità di successo della missione vicina al 100 per cento? In questo articolo rispondiamo alla domanda con la “missione ideale” proposta da David Ziegler e Jean-Paul Roux – Worldwide vicepresident Sales Simulia, Dassault Systèmes – e la voce di quattro protagonisti dell’aerospace: Airbus, Ball Aerospace, Hemeria e ThrustMe.
Dalla progettazione al lancio in orbita dei satelliti, senza trascurare la sostenibilità sulla Terra
Dal palco virtuale dell’AirXperience 2021 David Ziegler e Jean-Paul Roux hanno illustrato le potenzialità della piattaforma 3Dexperience attraverso la nuova missione spaziale dell’ipotetica “Global sustainabilty agency”. Obiettivo della missione: progettare e lanciare in orbita una nuova costellazione di satelliti, ottimizzando i tempi, garantendo il successo “al primo lancio”, utilizzando tutto il know-how disponibile a favore della sostenibilità. Ecco le fasi della missione. Progettazione. Nella prima fase della missione il project manager definisce una dashboard personalizzata per controllare le informazioni critiche, monitorare i dati provenienti da fonti interne ed esterne, definire i parametri di partenza come il numero di satelliti necessari e le funzioni che devono svolgere. Le informazioni rilevanti vengono integrate e condivise con la community dell’ipotetico “Next Gen Satellite Constellation Program”, che coinvolge gli stakeholder chiave del programma.
Dalla progettazione all’ingegneria
Una volta definito il framework il chief system architect, attraverso la sua dashboard personalizzata, individua i concept alla base del nuovo programma. Nel contesto della missione vengono integrati i requisiti associati e le variabili funzionali, logiche e fisiche secondo il modello Rflp (requirement-functional-logical-physical) e creati modelli virtuali dei satelliti e dei loro componenti, quali antenne e pannelli solari. L’architettura della piattaforma consente a tutti i team di accedere a dati, modelli e digital twin, apportare modifiche, studiare le possibili configurazioni e sviluppare le migliori.
Dall’ingegneria al design for manufacturing
All’interno del framework model-based, utilizzando la simulazione discreta degli eventi, vengono selezionati i migliori scenari da sviluppare. Integrando design e simulazione, il progetto iniziale viene sviluppato attraverso modelli Rflp seguendo linee guida, standard e best practice integrati nella piattaforma. Per le antenne è disponibile una libreria che permette di simulare diverse configurazioni, analizzarne le performance, integrarle nel modello dei satelliti per scegliere l’opzione migliore. L’architettura della piattaforma offre un singolo ambiente collaborativo, che permette ai team di apportare modifiche e aggiornare tutte le configurazioni in real-time.
Dal design alla produzione
Con 3Dexperience è possibile simulare a livello dettagliato ogni passaggio della produzione, integrando anche la supply chain. Ogni parte è verificata attraverso applicazioni di realtà virtuale e aumentata e, in caso di modifiche, la piattaforma offre strumenti per integrarle velocemente e condividerle con tutti i team. I virtual twin, che rappresentano il ponte tra il mondo fisico e quello virtuale, migliorano la qualità e l’efficienza della produzione, ma anche la sostenibilità, perché permettono di limitare la produzione di prototipi fisici e dei conseguenti scarti.
Nella Control Room parte il conto alla rovescia
Tutte le attività della missione, dalla progettazione al lancio in orbita del satellite, vengono monitorate nella Control Room. Attraverso un sistema di visualizzazione user-friendly è possibile controllare l’efficienza energetica della fabbrica, lo stati degli strumenti, la disponibilità dei materiali, minimizzare i downtime e gli scarti, integrare modifiche al design e darne notifica immediata ai responsabili della produzione. Applicazioni dedicate permettono di simulare in modo immersivo i sistemi e gli eventi della missione, compreso il lancio, il dispiegamento di antenne e pannelli solari una volta raggiunta l’orbita, la manutenzione dei satelliti. È tutto pronto quindi per il lancio del razzo “Spirit”, che porta in orbita i satelliti. 3, 2, 1…missione compiuta.
«Il successo della missione è garantito dalla piattaforma che permette la collaborazione tra tutti i team, dalla progettazione alla fabbrica, coinvolgendo anche la supply chain. Con strumenti di progettazione model-based, un unico ambiente per la gestione di dati, simulazioni, virtual twin e modelli, è possibile tracciare ogni fase del ciclo di vita del progetto».
Continuità dal design alla produzione: le esigenze di Airbus ed Hemeria
«Fino a una decina di anni fa producevamo 5 satelliti all’anno, oggi ne produciamo in media 1,5 al giorno. Ci sono nuovi investitori e nuovi clienti, e per soddisfare le aspettative abbiamo dovuto cambiare completamente il nostro modo di lavorare», dice Jean-Marc Nasr, executive vice president dei sistemi spaziali di Airbus Defence & Space. La trasformazione avviata da Airbus per rispondere alle nuove sfide ha coinvolto diversi ambiti dell’azienda «a partire dal mindset, passando per design e software di progettazione, e coinvolgendo tutta la nostra supply chain». La multinazionale francese ha scelto 3Dexperience per accelerare la sua trasformazione digitale implementando una piattaforma unificata per design, produzione e servizi per tutte le sue divisioni e linee produttive. Grazie a un unico ambiente collaborativo ha accorciato le distanze tra designer, ingegneri e impianti produttivi, riducendo il time to market dei suoi prodotti.
Per rispondere alle nuove richieste di satelliti Airbus ha sviluppato i satelliti OneSat, che possono essere completamente riconfigurati in orbita modificando area di copertura, capacità e frequenza “on the fly” per adattarsi via via ai cambiamenti di scenario della missione. Per realizzarli Airbus ha adottato un approccio standard, modulare e design-to-manifacture, rispondendo alla necessità di svilupparli in modo più veloce ed economico rispetto agli esistenti satelliti per le telecomunicazioni. Recentemente un operatore telecom ha chiesto ad Airbus la realizzazione di nanosatelliti con richieste stringenti: una vita media di almeno 15 anni, propulsione elettrica per raggiungere l’orbita, realizzazione in otto mesi dalla firma del contratto al lancio. La società ha accettato la sfida: attualmente è stato realizzato circa il 75% del progetto. «Oggi ci sono circa 4mila satelliti nello Spazio, si stima che nei prossimi 10 anni ce ne saranno tra i 10mila e i 50mila. E’ un mercato che sta esplodendo, con nuovi competitor e nuovi usi commerciali dei satelliti impensabili fino a pochi anni fa», afferma Philippe Gautier, presidente di Hemeria. Nata nel 2019, la società francese ha ereditato trent’anni di esperienza nell’aerospace dal gruppo Nexeya, ed è focalizzata sullo sviluppo di nanosatelliti per l’industria e la ricerca.
Quali sono le sfide che deve affrontare Hemeria? Se la digitalizzazione non è più un’opzione, ma il normale modo di operare, secondo Gautier, la cosa più importante oggi è la comunicazione continua, che si può ottenere in un ambiente collaborativo come quello offerto dalla piattaforma 3Dexperience. «Ci sono nuovi player, che propongono e richiedono nuovi usi dei satelliti. Per adattarsi alla richiesta dei committenti e personalizzare i prodotti serve una buona strategia, che fa leva sulle capacità di progettazione e produzione, sostenute dalla condivisione delle conoscenze». Hemeria ha sviluppato una linea di nanosatelliti economici e affidabili utilizzati per l’osservazione della Terra, applicazioni per l’Internet delle cose (IoT), dimostrazioni di volo e sorveglianza militare. Recentemente ha siglato un accordo di cooperazione tecnologica e commerciale con la società tunisina Telnet per lo sviluppo di nanosatelliti per l’osservazione della Terra e connettività IoT destinati a Paesi arabi e africani.
Ball Aerospace e ThrustMe: la continuità digitale passa per i virtual twin
«Le nuove esigenze dei clienti sono accelerare i tempi di consegna e aumentare l’affidabilità: questo significa introdurre nuove capacità in tutti i nostri processi, dal design alla produzione», dice Mike Gazarik, vicepresidente Engineering di Ball Aerospace, che ha scelto la piattaforma 3Dexperience come soluzione di digital engineering. Partner del progetto è Accenture, che collabora per l’implementazione della piattaforma di Dassault Systèmes. Il produttore statunitense di veicoli spaziali ha sviluppato la Ball Configurable Platform (Bcp), una famiglia di veicoli spaziali che comprende i nanosatelliti della linea Small e il modello Bcp 100, il satellite Bcp 300, progettato per piccole missioni operative e dimostrative tecnologiche, il satellite Bcp 2000 per attività di telerilevamento della Terra, il Bcp 5000, che fornisce maggiore potenza e stabilità per la memorizzazione e la trasmissione dei dati. «Nel nostro percorso di digitalizzazione è fondamentale promuovere la continuità digitale attraverso i virtual twin. Grazie alla piattaforma 3Dexperience abbiamo un modello unificato per i dati e l’esperienza utente, che consente maggiore agilità nello sviluppo dei prodotti, con un grande beneficio per i nostri clienti».
«Grazie ai virtual twin possiamo non solo progettare nuovi sistemi di propulsione, ma anche collaborare con società che si trovano dall’altra parte del mondo e integrare virtualmente i nostri progetti. In questo momento, per esempio, stiamo lavorando con una startup australiana specializzata in virtual twin di sistemi di propulsione». È la voce di Ane Aanesland, co-fondatrice e ceo della start-up francese ThrustMe. Insieme a Dmytro Rafalskyi, nel 2014 Ane Aanesland ha capito che le costellazioni di satelliti miniaturizzati sarebbero state “the next big thing”. Non esistendo ancora adeguati sistemi di propulsione, hanno concentrato le loro ricerche sulla miniaturizzazione della propulsione elettrica, «anticipando le richieste dei clienti e riuscendo poi a entrare sul mercato al momento giusto». Con la famiglia di sistemi di propulsione NPT30, ThrustMe unisce le tecnologie spaziali tradizionali con soluzioni innovative per soddisfare la richiesta di satelliti più piccoli, ma sicuri e ad alte prestazioni, che garantiscano sostenibilità economica e ambientale. Una sfida che ha convinto l’Agenzia Spaziale Europea (Esa) e l’Agenzia Spaziale Norvegese, che hanno avviato collaborazioni con la start-up.
(Ripubblicazione dell’articolo pubblicato il 7/07/21)
