完善有效载荷：RTX 利用数字工程解锁下一代遥感技术

人类拥有卓越的视力。与大多数动物相比，人类能够看得更远、更丰富、更精细。然而，人类进化而来的眼睛，帮助人类在洞穴、草原和丛林中生存繁衍，却无法应对当今世界充满复杂威胁的挑战，例如大国竞争、城市战争、恐怖主义和气候变化。应对这些以及其他现代风险，需要拥有更广阔、更快、更清晰的视野。

在美国，对目视优势的渴求正在推动一场遥感革命，这场革命由来自太空的精美商业图像驱动。受成本下降和商业发射能力提升的鼓舞，航天技术公司渴望为其卫星配备新一代有效载荷，以便能够更频繁、更经济、更保真地捕捉地球的高分辨率图像。

Maxar 业界领先的 WorldView Legion 平台完美体现了这些雄心壮志。“发射供应商之间的竞争已经拉低了每公斤入轨成本的底线，”雷神公司技术研究员兼 WorldView Legion 项目技术总监 Keith Carrigan 表示。“但是，要充分利用这些低成本发射机会，就需要继续降低大孔径、高分辨率传感器的尺寸、重量和功率（或 SWAP），以便将它们与成本更低的航天器配对。这是降低总体成本的后半部分，而这正是我们的工作所做的。”

2024年，计划发射的六颗WorldView Legion卫星中有四颗成功发射进入近地轨道。第五颗和第六颗卫星于2025年2月发射。每次发射都搭载一对配备雷神公司设计的成像仪器的卫星，这些仪器能够以最小的SWAP（比传统传感器小两到三倍）提供最高的分辨率。这些仪器是15年研发的结晶，采用创新的望远镜设计和新型光学材料，比以往的设计更坚固但更轻。更小的摄像电子设备和更轻的望远镜帮助Maxar将整个航天器的重量减轻了两倍以上，从而降低了发射成本并缩短了入轨时间。

“大多数公司资金有限，正在寻找提升自身市场竞争力的方法。雷神公司能够以更低的成本提供高性能传感器，这使我们的客户能够发射更多卫星，从而收集更多图像，这有助于像Maxar这样的公司更及时、更准确地把握人类事件的脉搏，”Carrigan说道。“我们已经在当前的地缘政治冲突地区、极端天气事件和时事中看到了这一点的价值。Maxar将我们望远镜收集的图像分发给全球媒体以及世界各地的政府和商业客户，为地面事件提供第二个真实来源。”

Maxar首席空间系统官马特·詹金斯表示：“雷神公司提供的传感器与我们WorldView Legion系列的其他设计创新相结合，有助于确保我们在未来很长一段时间内保持30厘米的采集能力优势。我们收集的30厘米级图像质量非凡。随着六颗最先进的WorldView Legion卫星加入我们的卫星群，Maxar现在每天可以收集多达360万平方公里的超高分辨率30厘米级图像，并且每天可以重访地球上某些位置多达15次——这种能力是其他任何商业运营商都无法比拟的。”

然而，雷神公司新仪器的卓越之处不仅仅在于其性能，更在于其研发流程。雷神公司运用尖端的数字工程实践，生产出的传感器不仅更小、更轻、性能更强，而且具有高度的可扩展性和极强的适应性。

“我们的目标不仅仅是为一位客户制造一架望远镜，而是要开发一系列广泛的解决方案，”卡里根继续说道。“我们已经证明这些技术在轨道上有效。现在我们扪心自问：我们还能在哪里帮助作战人员或整个社区向前发展？利用同样的技术，我们可以在许多其他领域充分发挥 SWAP 的优势。”

什么是数字工程？

传统上，数字工程专注于工具和技术——使用计算机模型和数据分析进行产品设计、开发和交付——但在雷神公司，这一过程始于人，而不是机器。

“在雷神公司，我们长期以来一直致力于应用新技术，以便更好地把握客户需求并提供更优质的系统。这始于我们的领导团队，”卡里根说道。“我们的领导团队乐于变革，他们会说：这个行业二三十年来一直沿用着同样的方式。其中哪些环节已经过时了？哪些环节我们可以精简？哪些技术和技术假设不再像以前那么有效了？”

在挑战现状的领导者的支持下，雷神公司的工程师可以满怀信心地探索创新的新工具，例如数字孪生——可以在准确模拟真实世界条件的虚拟环境中操作和测试的产品和系统的精确 3D 模型。

数字建模在WorldView Legion成像有效载荷的研发中发挥了关键作用。工程师们利用先进的计算机分析技术，成功地模拟了不同材料的性能，从而确定了它们的物理特性和操作优势。在此过程中，他们找到了不同材料之间的理想结合。据卡里根介绍，一种材料热膨胀系数低，另一种材料刚度重量比高。他的团队将两种材料结合在一起，打造出获得专利的多材料镜面系统，成为下一代望远镜的核心部件。

卡里根说：“通过在同一光学系统中模拟不同材料类型的行为，我们得到了具有与传统系统相同的有效热弹和成像特性的望远镜，但成本更低，重量更轻。”

随后，工程师们使用望远镜的数字孪生来预测它将如何与 Maxar 的卫星结合以及它将如何在轨道上运行。

“我们还采用了数字自动化技术，”卡里根继续说道。他的团队创建了数字化工作单元，可以自动记录设计中哪怕是最小的螺母和螺栓的扭矩。“我们甚至通过开发一系列执行器，并专门设计了望远镜，使其能够通过机器进行校准，从而实现了望远镜光学校准的自动化。这种自动化减少了实验室的人工操作时间，使我们能够每天投入更多时间，从而使光学校准和测试过程更加收敛且更可预测。”

编丨晓语

图丨网络

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