本文原載于Ansys Advantage：《Reaching Low Orbit on Short Notice with Aevum’S Ravn X》

太空任務通常需要很長的準備時間。如果要將有效載荷發射到近地軌道，則必須提前數月或數年預定火箭上的位置。

Aevum公司作為Ansys初創公司計劃的成員，計劃通過近地軌道自主運輸服務來扭轉這一局面，這可以讓飛機在短短3小時內準備好起飛。

Aevum創始人兼首席執行官Jay Skylus意識到，沒有辦法快速應對地球上偏遠地區發生自然災害引發的物資需求問題，也沒有辦法快速部署監視衛星，以更好地了解全球各地軍事形勢的危險。鑒于這些情況，等待數月甚至數年才能搭乘預定的火箭，難以滿足時間要求。

Aevum Ravn X自主運載火箭

顯然，進入太空的局限將制約能夠挽救數百萬生命的技術。由于受到在軍隊服役的兄弟的激勵，Skylus在2016年成立了Aevum，決心拓寬進入太空的道路。4年后，在2020年12月3日，Aevum推出世界上重量最大的無人機系統(UAS)，即Aevum Ravn X自主運載火箭。Aevum已被美國太空部隊選中，以執行其“敏捷小型發射操作標準器45”(ASLON 45)任務。ASLON 45是一種用于響應性發射的構建塊，要求以45度傾角將多個3U或更大型的美國政府迷你衛星發射到近地軌道。RavnX旨在從接到最初命令到完成發射，用時僅180分鐘。

Skylus很早就意識到需要借助仿真技術來設計系統，因此通過Ansys精英渠道合作伙伴(Ansys Elite Channel Partne) Simutech了解到Ansys初創公司計劃。

Aevum首席工程師Ovidiu Mihai表示：“Ansys能夠生成分析結果，為Ravn X的不同組件合理化安全裕量，這給我們提供了很大的幫助。如果沒有Ansys初創公司計劃，我們將無法做到這一點。”

Ravn X自主無人機看起來像一架飛機，它可以像飛機一樣從1英里長的跑道上起飛，可以在各個位置起飛和著陸，使其具有快速部署的多功能性。

自主無人機只是三部分系統的第一級，其機身下面攜帶一個兩級火箭

但這架自主無人機只是三部分系統的第一級。其機身下面攜帶一個兩級火箭，當無人機在大約60,000英尺的高度達到每小時約650英里的速度時，火箭在空中點火；然后與無人機脫離，并點燃第二級的煤油-液氧發動機。而100%可重復使用的無人機則飛回著陸跑道，停在機庫中，準備再次使用。

第二級為火箭加速，接著第三級與第二級分離，第二級攜帶衛星或其他有效載荷，并啟動發動機以達到逃逸速度（超過17,000英里每小時），將有效載荷送入近地軌道。第三級可以包含一個裝載264架小型無人機的貨艙，用于向地球上的各個地區個性化地運送物資。

Aevum的設計方案從一開始就包括最大限度地降低風險，最大限度地提高飛行效率，不殘留任何太空垃圾。

Mihai稱：“通過自主操作，避免造成人類生命風險?；鸺l動機點火和實際的火箭飛行都發生在遠離人類的地方，不同于傳統火箭從地面上的發射臺發射?！比绻谔罩谐霈F問題，火箭上不會有人處于危險之中。

此外，由于發射不需要人類飛行員，Aevum可以充分利用物理定律和最佳效率，其中包括大幅節省燃料。與其他將飛機當作運載工具的水平發射方式不同，Ravn是真正的第一級，為火箭的動量貢獻了Delta V。Delta V是初始速度和最終在軌速度之間的差值。

Ravn X目前以亞音速飛行，但在未來計劃將以超音速飛行。最后，Aevum決心成為近地軌道環境的管理者。

Mihai表示：“我們的最終目標是Ravn X的每個系統都能重復使用?！?/p>

設計多級火箭最初的主要挑戰是為不同級確定重量分數。目標是最大化重量分數，即有效載荷重量與載具總重量之比。

Mihai表示：“我們努力優化所有結構組件的纖維布局和纖維方向。我們不能只使用復合材料，也會使用一些金屬結構。但即便如此，仍有辦法確保我們只攜帶必要的結構重量?！?/p>

在研究復合材料時，Mihai 使用Ansys Mechanical ACP Pre-Post預測失效標準的裕量。

他說：“在Ansys Mechanical中使用Tsai-Wu相互作用常數相當簡單。和其他仿真產品相比，使用壓力場或其他確定載荷設置外部數據云點更簡單?！彼€利用仿真來確定Hertzian接觸應力，這種局部應力發生在兩個彎曲表面相互接觸并在施加的載荷下輕微變形時。

Mihai還使用Mechanical設計了Marman夾具，這種夾具使用環形夾具把兩個圓柱物體首位相連地固定在一起。通常，Marman夾具由環形帶和內部V形槽構成。通過連接在兩端的螺栓和螺母對環形帶施加張力。Mihai認為設計工作“通常非常繁瑣”，但他使用有限元分析，能快速輕松地得出結果。

他說：“我的大部分工作都是開展機械仿真，然后通過手動計算進行檢查。如果得到了類似的結果，高層管理人員就更容易說，‘繼續構建原型并運行測試’。借助Ansys仿真技術，我得到的結果相關性一直在5%以內?！?/span>

從2020年12月在線發布Ravn X，到2021年5月4日獲得技術專利，再到2022年計劃完成首次商業任務。Mihai和他Aevum的同事在短時間內取得了豐碩成果。但提供快速的周轉時間是Ravn X和Ansys仿真的共同目標。