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關注創建者：Ansys中國 創建時間：2022-04-28
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航空航天行業增材制造的設計自由化、輕量化和供應鏈革命-西門子端到端增材制造
增材制造在航空航天的應用已經被很多公司所接受，比如西門子正在研究使用增材制造打印燃氣輪機葉片、GE使用增材制造來打印LEAP的燃油噴嘴、中國正在測試在太空進行3D打印以備以后空間站使用增材制造進行備件制造。相信在不久的將來，增材制造將用一種全新的方式來重新定義飛行器制造。
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長久以來人們對太空的向往和探索只能依賴于火箭這種運輸工具，不過因為火箭耗資龐大，結構復雜，還伴有相當大的風險性，科幻界早就就夢想能有一種更有效的載人運載工具的出現——太空電梯似乎是一個不錯的選擇，俄羅斯科學家早在1895年就提出過類似設想，不過這顯然超出了當時的技術能力，但是人們一直沒有放棄向這一方向努力。
最近據法新社報道，日本靜岡大學研究員正在準備本月進行太空電梯迷你模型的首次太空測試，如果成功那么將是對這一概念的巨大實質性推進。“太空電梯”，是一種低成本火箭替代品，可以運送宇航員和貨物抵達地球上空的軌道空間站。
NASA馬歇爾高級項目辦公室David Smitherman解釋稱，理論上說，太空電梯，需要用一組電纜將地球與空間站進行連接，選址地點應該在赤道附近，那里比較少遭受颶風襲擊，這一龐大的系統中心需要位于地球靜止軌道，大約在赤道上空22236英里。而電纜本身需要固定在地球靜止軌道以外的靜止質量上，保持緊繃狀態，以此將能夠允許電磁車輛進行上下移動，完成向太空運輸的過程，其運營費用將會大大低于火箭。
據日本每日新聞報道，研究團隊表示可以使用比鋼強20倍以上的碳納米管技術，在地球上空建造一個96000公里長的電梯井道。這也是首次在太空環境進行太空電梯測試。
據悉，日本6年前提出太空電梯建造構想，當時日本大林組株式會社(Obayashi Corporation)提出一種電動太空電梯設計，能夠一次性將30名乘客運送至太空，太空電梯項目可能耗資達到900億美元(10萬億日元)。
本月進行的太空實驗采用太空電梯的迷你模型，研究人員旨在太空環境下電力移動一個“電梯車”，本質上它是一個較小的容器，沿著一條10米長的線纜在兩個微型衛星之間移動。
展開 不久前在國際空間站，俄羅斯宇航員利用3D打印技術制造出了老鼠甲狀腺，這是人類首次在太空打印生物器官。在太空工作生活并不容易，經常出現物資匱乏情況。依賴地球“補給”制約著人類向深空探索。2014年，美國向國際空間站運送了世界首臺太空3D打印機，先后打印出一系列太空專用零部件，揭開了人類“太空制造”“自給自足”的序幕。
一般來說，當國際空間站內缺少某種工具或部件時，宇航員們就得花上數周甚至數月等待地面送來物資補給。有了太空3D打印機，技術人員在地球上設定出物品的制造程序，然后用電子郵件發送至國際空間站，整個過程耗時不到一周，而實際打印時間只有約4小時。
除了時間成本，太空3D打印所節約的運輸成本同樣可觀。空間站、基地或復雜航天器的系統由許多部分組成。盡管在建造時就力求可靠，但仍然面臨著零件損壞、系統升級等問題。如果攜帶大量預制零件進入太空，就會大大增加高昂的發射費用。如采用太空3D打印技術，只需將原材料和輕型打印機帶入太空，從而就地制造所需零部件，最大限度減少發射重量并提高工作效率。未來，當人類能夠從其他星球表面開采原材料時，還能在太空建立“零件工廠”，進一步減輕航天器的發射重量，節約空間。
3D打印技術在太空的操作環境與地球大不相同，技術難度也不一。在地球上，依靠重力，3D打印機擠出的加熱塑料、金屬或其他材料能自然地沉積，一層一層打印出三維物體。而在太空零重力條件下，需要使用以給定速率旋轉的離心機來確保材料沉積到位，或者修改3D打印的過程來使設備平穩運行。不過，原本基于地球的3D打印技術更容易適應有著微重力環境的月球和火星。
3D打印技術的“升空”還面臨著人手不足的問題。在缺少太空人員甚至無人監督的情況下，制作、提取、運送、安裝等整個打印過程，都需要借助高度自動化甚至全自動化的機器人來完成系統操作和協調工作。
展開 （原標題：維珍銀河CEO成公司首位太空旅客：布蘭森圓夢太空）
維珍銀河所用的飛船
維珍銀河的員工肯定難以想到，第一個被他們送上太空的旅客，會是公司創始人理查德·布蘭森。10月9日，英國億萬富翁企業家理查德·布蘭森表示，離維珍銀河開啟第一次太空旅行僅有一步之遙，這次票價大約在25萬美元。在一眾癡迷于太空旅游的CEO中，布蘭森或許要拔得頭籌了。
“我們應該會在數周之內開啟太空旅行，而不是幾個月的時間內。之后，我們就會進入太空，我本人也會在幾個月后前往太空。”這位維珍集團創始人兼CEO在周二接受采訪時表示。
每天打四次網球、騎車提升體能，并接受了離心機訓練等一系列宇航員訓練，以讓自己身體適應太空環境。這是理查德·布蘭森本人為太空旅游所做的充分準備。對此，維珍銀河的員工可能會感到莫名的壓力，畢竟第一位客戶就是公司老板。
今年以來，維珍銀河多次測試的成功，可能給了布蘭森第一個吃螃蟹的勇氣。今年4月，成功測試太空飛船的火箭動力，“宇宙飛船二號”（SpaceShip Two）發射平臺在高空完成了VSS Unity飛船的部署，引擎點火30秒時間，速度達到1.5倍音速；5月底完成第二次火箭動力飛行；7月成功完成第三次測試飛行。
成功的背后是過往失敗的慘痛教訓。2014年，維珍銀河的載人飛船項目曾遇到了一次重大打擊。在一次“SpaceShip?Two”的測試飛行中，由于駕駛員過早調節飛船尾翼，造成尾翼損壞，引擎發生爆炸，飛船從5萬英尺高空墜落至加州沙漠，造成1死1傷。此后，維珍銀河痛定思痛，重新設計了許多部件。
作為致力于商業太空旅游的民營企業，維珍銀河與SpaceX、藍色起源等類似，爭先恐后想把游客引入太空。布蘭森本人，也跟貝佐斯、馬斯克一樣，在航空領域齊頭并進。馬斯克剛剛于9月宣布了SpaceX的第一位太空繞月旅客，是來自日本的“朋克土豪”前沢友作。
展開 引言
進入新世紀以來，太空信息化的趨勢愈來愈引起國際社會的廣泛關注和重視。太空技術和信息技術的空前發展，使得人們在看到太空信息時代美好前景的同時，也感受到了太空軍事化的巨大壓力。太空軍事化進程不斷加快，世界一些軍事強國紛紛加快太空武器裝備，尤其是太空信息化裝備的研發與應用進程，以奪取軍事上的“制天權”先機。作為世界軍事強國的美國，2019年將美國空軍太空司令部獨立出來成立了一個新軍種——美國太空軍(Space Force)，保護其太空利益，加強太空作戰的能力。
一、起源
美國是世界上較早開展航天活動的國家，20世紀初，R.H.戈達德開始研究和試驗固體火箭。在1957年前蘇聯發射成功第一顆人造地球衛星之后，1958年美國也發射成功其第一顆人造衛星“探險者”1號。之后航空航天技術不斷發展，并且主要在軍事領域廣泛應用，軍用衛星、宇宙飛船、航天飛機、空間站等太空飛行器相繼升空，方便了人類利用太空資源，同時也為空間大國的太空軍事斗爭開啟了方便之門，促進了太空戰爭的到來。而太空戰的發展，又為太空信息戰的發展奠定了物質基礎。
早在第一顆人造地球衛星發射之前，20世紀50年代末，美軍就提出了太空作戰思想，尤其在前蘇聯第一顆人造地球衛星上天后，美國總統肯尼迪就大聲疾呼：“誰能控制空間，誰就能控制地球。”由此圍繞軍用衛星系統和載人航天技術，美、蘇兩國迅速展開了軍備競賽并相繼進行了空間攻防武器技術試驗。
20世紀90年代，美軍對太空作戰理論進行了全面系統的闡述，明確了太空作戰力量的特點、擔負的作戰任務及作戰行動的樣式等內容，美軍太空作戰理論由此正式確立，并隨之進入發展和完善階段。
展開 《印度斯坦時報》也在17日報道中稱，這是中國建立太空強國的又一項雄心勃勃的計劃。
“今日俄羅斯”報道截圖
中國在航天領域新的歷史性時刻，也讓外媒“擔憂”起中美兩國在太空領域的競爭。比如日本共同社就寫道，中國計劃在未來十年打造“太空強國”，此次航天任務正服務于這一目標。“隨著中國近年來穩步推進太空發展項目，人們越來越擔心中美在該領域的競爭將會加劇。”
英國廣播公司（BBC）認為，正是西方國家的技術封鎖，導致中國在太空領域投入了大量的資金，“中國毫不掩飾自己的太空雄心”。
日本共同社（上）、英國BBC（下）報道
美國曾以政治、資金、技術等方面緣由，將中國排除在國際空間站項目之外。2011年，美國又通過了旨在禁止中美兩國航天合作的“沃爾夫條款”，封死了中國參與國際空間站合作的道路。
美國有線電視新聞網（CNN）在形容“中國成功將三名航天員送入太空，向完成新空間站建設又邁進了一步”的同時，也注意到了中國航天的飛速進展，以及在國際航天領域開展合作的積極態度，也特別提到了美國。
報道指出，中國之所以制訂了建造空間站的長期規劃，正是因為美國基于政治因素阻撓中國進入國際空間站（ISS）。
然而，這并未阻撓中國航天的發展步伐。
CNN寫道，隨著國際空間站項目資金將盡，俄羅斯也計劃自2025年起退出國際空間站，國家太空合作的空前時代似乎就要結束了。但就在這樣的情形下，中國的太空計劃在過去10年進展迅速——僅在過去7個月里，中國就成功將探測器分別送上了月球和火星。此外，中方也表達了未來在空間站項目上開展國際合作的意愿。
CNN援引中國載人航天工程總設計師周建平17日的話說，盡管中國空間站現階段暫不考慮外國航天員參與，但建成之后“一定”歡迎外國的航天員和科學家。
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太空的最新內容
從厘米到月球：激光測距技術14天前
而大部分激光脈沖則射向太空，被衛星上的反射鏡反射回地面接收系統，形成“回波脈沖”停止計時。
衛星激光測距的完整鏈路的包括地面發射系統、星載反射系統和地面接收系統三大核心部分。
隨著人類不斷深入探索既充滿挑戰又蘊含無限機遇的太空，我們必須以更快、更大膽、更高效的方式推動創新。 采用數字工程技術，使團隊能夠在硬件制造之前對設計進行虛擬建模、測試和優化，這是降低風險并加速創新的重要舉措。”
“仿真是真實的驗證和確認相關設備能否在太空環境中正常運行的必要手段。”
從智能手機中的攝像頭到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡中的反射鏡和透鏡，所有這一切都需要廣泛的光機設計，以確保整個產品滿足或超越其設計目標。
光機設計的五個步驟
使用Ansys Zemax OpticStudio光學系統設計與分析軟件等工具定義和表征光學器件的光路徑后，就可以將光學幾何結構作為起點，開展光機設計流程。
激光測距技術應用—太空探索3個月前
而大部分激光脈沖則射向太空，被衛星上的反射鏡反射回地面接收系統，形成“回波脈沖”停止計時。
在太空電子產品、某些汽車電子產品以及各種在極端環境下工作的物聯網（IoT）應用中，電阻式加熱器很常見。
熱電散熱：這種熱管理固態設備，利用Peltier效應將電能轉換為熱能。電流通過兩個不同的半導體材料，會導致一端的溫度升高，另一端的溫度降低。這個較低溫度端可直接連接至需要散熱的電子組件。
模擬望遠鏡中的散射光
太空望遠鏡是最常被提到使用雜散光分析的光學系統。原因是目標信號(外太空的星體)通常非常弱，任何雜散光造成的無用信號會掩蓋目標信號。本文范例中，我們將會測量在望遠鏡鏡筒內散射，并且最終擊中探測器的雜散光。
這個系統為Maksutov望遠鏡，內建有一個離軸的光源，用來模擬系統雜光的來源。
火箭在太空中飛行時，沒有空氣作為 “受力介質”，如何調整方向？答案是 “推進劑噴射”—— 通過控制火箭發動機噴口處流體（燃料燃燒后的氣體）的噴射方向和速度，產生反作用力來改變姿態，而噴射過程中流體的壓力、流速變化，都需要用流體力學公式精準計算。
就連衛星在太空中 “曬太陽”，也得考慮流體力學。
FEA的未來
隨著我們面臨越來越復雜的工程問題，如能源生產、自動化和深度太空旅行，FEA將繼續作為一種理想技術，助力探索最具創新性的解決方案。通過利用高性能計算（HPC）不斷增強的處理能力，并結合AI的認知感知能力，未來FEA將能夠以之前難以想象的速度為更多人提供更好的洞察。
一把椅子的拓撲優化過程會發生什么9個月前
不止椅子，拓撲優化早已滲透到我們的生活：?
? 自行車架的鏤空設計，減輕重量卻更抗摔；?
? 汽車底盤的 “仿生結構”，降低油耗還提升安全性；?
? 甚至航天器的零件，也靠它在嚴苛的太空環境中 “省料又可靠”
下次坐在椅子上時，不妨想想：它的 “骨架” 里，藏著多少不為人知的力學智慧？
然而，其各向異性特性在高溫環境（如氣動加熱、發動機熱載荷、太空極端溫度循環）下帶來嚴峻挑戰：熱膨脹不協調、熱應力集中、層間失效風險陡增。
傳統分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
