Jedno od velikih, otvorenih pitanja zar čovečanstvo je: ima li života na Marsu? Možda ćemo konačno dobiti konačan odgovor. NASA i Evropska svemirska agencija (ESA) planiraju ambiciozan podvig sa misijom vraćanja uzoraka sa Marsa, kako bi tlo i kamenje sa Marsa bezbedno po prvi put došli na zemlju – a sve sa ciljem da otkriju da li je život ikada postojao na toj planeti.

Trenutno je rover Mars Perseverance u potrazi da skupi i skladišti odgovarajuće uzorke sa različitih lokacija u delti jezera Krater. Naučnici veruju da se u ovoj oblasti, pre milijardu godina, reka ulivala u jezero i i odlagala stene i sedimente, čineći ga glavnim mestom za potragu za drevnim znacima života.

Proces vraćanja uzoraka sa Marsa

Proces vraćanja uzoraka sa Marsa će uključivati neverovatne relejne timove opreme, uređaja i tehnologije. Rover Perseverance će prevoziti uzorke u metalnim cevima do letelice Sample Retrieval Lander, gde će ih robotska ruka, koji je obezbedila ESA, staviti u raketu modula. Par helikoptera će takođe skupljati uzorke koje će isporučivati u modul.

Sav dragoceni tovar se stavlja u vozilo Mars Ascent, prvu raketu koja se lansira sa površine Marsa. Uzorke će odneti u svemir do letelice Earth Return Orbiter, gde će brodski sistem za zadržavanje i vraćanje uhvatiti uzorke i sterilisati kontejnere. Kada višemesečno putovanje orbitera ka Zemlji bude pri kraju, ulazno vozilo sa kamenjem će se odvojiti od orbitera radi bezbednog spuštanja na zemlju.

Kao i kod svakog naučnog poduhvata u svemiru, postoje mnogi olakšavajući faktori koje treba razmotriti, izazovi koje treba rešiti i sprovesti ovu misiju u stvarnosti.

Očekivano lansiranje lansera je 2027. godine, a orbitera 2028. A procenjeni dolazak odgovora na pitanje našeg života na Marsu je 2033. godina. U međuvremenu, postoji niz novih projekata i inovacija kako bi se put do Marsa i nazad odigrao bez kvarova.

Sprečiti da uzorci otplutaju

Newton | Engineering and Product Development je jedna od kompanija koja pomaže da se razviju ključni delovi za vraćanje uzoraka sa Marsa. Ali ne projektuje ona bilo koji deo – to je kritična komponentra transfera uzoraka sa rakete na orbiter za put ka Zemlji.

Tamo u svemiru, svaka metalna cev sa uzorkom će biti „bačena“ ka orbiterovom sistemu za hvatanje, zadržavanje i povratak, i to tako da precizno sleti na oko 91.5 cm dugačak kontejner, čiji se poklopac prečnika 58.4 cm brzo zatvara kako uzorak ne bi otplutao dalje. Newton je odgovoran za ovaj mehanizam vrata poznatiji kao Capture Lid Mechanism. Ukoliko se ne otvori ili ne zatvori, to bi vodilo do propasti misije.

Dizajniranje poklopca možda zvuči jednostavno, ali je sve, samo ne lako. Tim je morao da razmitri mnogo varijabli, kao što su zahtevi kontaminacije, brzina kojom je potrebno da se poklopac zatvori i potreba za jednostavnim sistemom za kontrolu motora.

„Postoje različite vrste izazova povezanim sa prebacivanjem objekta u orbitu“, kaže Aleks Miler, glavni inženjer mehanike kompanije Newton. „Kada uzorci uplove, poklopac mora veoma brzo da se zatvori kako bi sprečio da se uzorci odbiju i izađu napolje, kao i da ograniči kontaminaciju uzoraka. Ovo zahteva veoma lagana i snažna vrata. Tu generativni dizajn Autodesk softvera Fusion 360 dolazi da nam pomogne sa konstrukcijom poklopca.“

„Gledali smo i druge alate koji rade generativni dizajn ili optimizaciju topologije, ali nijedan drugi alat nije mogao da napravi delove spremne za proizvodnju tako brzo i lako kao Fusion 360. Takođe je i cena faktor. Cena softvera Fusion 360 je samo delić cene drugih alata.

Kompaniji Newton nije strano da radi sa kompanijom NASA. Zajedno su radili na mnogim drugim projektima, uključujući svemirske teleskope James Webb Space Telescope i Nancy Grace Roman Space Telescope. Ali ova misija, Mars Sample Return Mission, prvi je put da su koristili softver Fusion 360 i generativni dizajn. Pre godinu dana, inženjer istraživač u NASA Goddard centru za svemirske letove predstavio je Mileru softver Fusion 360. Prema Mileru, Mars Sample Return misija je veoma osetljiva na masu, a „masa je jednaka troškovima u svetu svemirskih letova.

Prvo isprobavanje softvera Fusion 360 i generativnog dizajna

Tim je identifikovao jedan deo koji pričvršćuje poklopac na rotirajuću šarku i koji bi mogao da se optimizuje za masu, kako bi se postigla veće margina obrtnog momenta kretanja. Krutost je takođe presudna za brzo zatvaranje vrata. Pomoću generativnog dizajna u softveru Fusion 360, Njuton je smanjio težinu poklopca za 30%, čuvajući pritom potrebnu krutost.

Takođe je razmatrano optimizovanje materijala. Tim je upoređivao čelik, titanijum, aluminijum 6061 i aluminijum 7075. Aluminijum je pružio najlakše rešenje koje je odgovaralo zahtevima. Aluminijum 6061 je izabran umesto 7075 zbog bolje mogućnost proizvodnje i niže cene, dok i dalje ispunjava zahteve više nego dovoljnim bezbednosnim marginama.

„Lako smo mogli da uporedimo performanse različitih materijala“, kaže Miler. „Korišćenjem generativnog dizajna softvera Fusion 360, mogli smo da vidimo različite rezultate i kakvi su različiti materijali kada se međusobno uporede. Mogli smo brzo i efikasno da izaberemo najbolje materijale.”

Izrada prototipa inženjerske jedinice za testiranje spremne za let

Tim je nastavio da poboljšava projekat koristeći generativni dizajn, zadržavajući ono što je funkcionisalo ili označavajući druge aspekte koji su se mogli poboljšati. Testiranje je obezbedilo dodatne dokaze.

„Dosta ljudi je bilo zabrinuto kada su videli generativni dizajn za poklopac i rekli su: „Oh, ti članovi izgledaju tanko. Da li si siguran da se neće polomiti?“, kaže Miler. „Naše analize i fizičko testiranje pokazali su da se neće polomiti i da imaju veću marginu naprezanja kada se uporede sa dizajnom koji je čovek napravio.“

Posle nekoliko ciklusa testiranja i poboljšavanja dizajna, kompanija Newton pravi „ jedinicu za inženjersko testiranje“ koja će se tačno podudarati sa dizajnom letelice. Prototip će biti podvrgnut testiranjima koja se tiču okruženja, podvrgavanju poklopca vibracijama sličnim onima koje će iskusiti prilikom lansiranja i mnogim aktivnostima u termovakumskoj komori koja simulira svemirsko okruženje.

To je ključni korak da se dizajn kvalifikuje kao spreman za let. Posle drugog kruga ispitivanja jedinice za inženjersko testiranje, poklopac će biti spreman za proizvodnju i isporuku kompaniji NASA.

„Najveća prednost softvera Fusion 360 je da smo samouvereniji jer znamo da je ono što proizvodimo optimalno“, kaže Miler. Omogućava nam da donosimo efikasne i optimalne inženjerske odluke. Uštedili smo oko mesec dana koristeći ga za misiju Mars Sample Return.”

„S obzirom na nisku cenu softvera Fusion 360 i mogućnosti da napravimo delove spremne za proizvodnju, sa veoma malo naknadne obrade nakon generisanja rezultata, čini da generativni dizajn za nas bude veoma efikasna alatka.

Napredak sa softverom Fusion 360 i generativnim dizajnom

Zbog uspešnog korišćenja generativnog dizajna za projekat Mars Sample Return, Newton ga je primenio za više projekata. Tim uviđa da je veliki izvor inspiracije koji ih usmerava kada razvijaju nove koncepte.

„Fusion 360 je sjajan alat za brzo generisanje optimalnog dizajna za različite koncepte u ranoj fazi razvoja“, kaže Miler. Možemo da uporedimo i odaberemo najbolje koncepte na kojima ćemo nastaviti da radimo. Daje nam dobru ideju šta je moguće i kakvi bi bili parametri za svaki od tih različitih koncepata.“

Kako koncept napreduje dalje kroz faze dizajniranja, tim može da odabere pojedinačne komponente za koje misle da će se dobro uklopiti u generativni dizajn.

„Možemo brže od većine da ponavljamo proces zbog naših malih timova i raznolikosti veština naših inženjera“, kaže Miler. „Čak i tada, generativni dizajn u softveru Fusion 360 nam je uštedeo mnogo vremena, nedelje i potencijalno mesece vremena razvoja.“

Kako veštačka inteligencija svakog dana postaje sve popularnija, prednost korištenja generativnog dizajna je za Milera očigledna.

„Ja zaista verujem da je čovečanstvo u eri povoja veštačke inteligencije i korištenje generativnog dizajna je apsolutno neophodno kako bi bilo koji inženjerski tim ostao konkurentan u budućnosti“, kaže Miler.

„To je alatka od ključnog značaja u našoj misiji da kupcima obezbedimo optimalna rešenja i osiguramo uspeh.“ Svaki tim ili kompanija koja ne koristi u veštačku inteligenciju ili mašinsko učenje brzo će zaostati.“ Naša konkurentska prednost leži u ranoj upotrebi i otkriću načina da efikasno koristimo tehnologiju, jer mislim da će uskoro postati standardan alat za sve.

Izvor: Autodesk

Prevod i adaptacija: Hristina Antić, Marko Kozlica

Ukoliko imate dodatna pitanja u vezi softvera Fusion 360 ili vas zanima neki od naših kurseva, možete nas kontaktirati putem telefona 011 301 50 43 ili kontakt forme.