充气空间天线提高了瞄准能力

由An万博sys Advantage Staff提供

以最有效的方式向太空和从太空传输数据——最小化重量、功率、复杂性和成本——一直是整个航天工业面临的基本挑战之一。

亚利桑那州图森市的自由落体航空航天公司(一家从亚利桑那大学分离出来的技术公司)开发了一种新型天线，有望以一种独特的方式迎接这一挑战。自由落体利用了一种可充气的结构，可以装在一颗小型卫星内，并部署在太空中。与传统天线系统相比，这提供了一个大口径，可以以非常低的质量和功率传输或接收大量数据。“自由落体”天线本质上是一个半透明半金属化的气球，用来捕捉无线电信号并进行高效通信。允许反射器采用球形而不是抛物线形状，结果是风险非常低的部署，球形是任何膨胀物体倾向于实现的自然形状。由此产生的系统有可能以非常低的成本提供数量级的数据速率增长。

自由落体工程师已广泛使用万博Ansys基于全波电子仿真来分析该系统的性能，并开发详细的设计，而不需要昂贵和耗时的硬件实验。

公司通过了HFSS认证万博Ansys启动程序为初创公司提供大幅折扣的模拟软件。万博Ansys精英频道合作伙伴Phoenix Analysis and Design Technologies (PADT)带领FreeFall团队加入Ansys启动计划，从而建立了FreeFall - Ansys合作伙伴关系。

FreeFall Aerospace联合创始人、总裁兼首席执行官Doug Stetson表示:“如果没有Ansys HFSS这样的工具，我无法想象我们或任何类似的公司如何做到万博这一点。“我想在过去，你会建造、测试、测试、测试，但建造不同类型的天线、测试它们、调整它们的设计以获得你想要的性能将花费大量的时间。我们现在可以使用HFSS进行所有这些电子操作，这节省了大量的时间和金钱，这对我们这样的公司来说是有利的。”

模拟球形天线

球形天线的对称性是自由落体技术的关键。

FreeFall的RF设计工程师Terrance Pat说:“这种对称性给了一个球体无限个方向，你可以瞄准光束。”他在沃克手下获得了博士学位。能够有效地控制无线电波束，而不需要物理地转向航天器或天线，这是自由落体方法的关键之一。HFSS的快速网格和参数调整能力，如相位和振幅，导致一个高效的天线仿真和设计过程。

A万博nsys使确定合适网格的过程或多或少地自动化了。”帕特说。“所以这就像设计天线和定义适当的边界条件一样简单。十有八九，你可以使用自动确定的默认网格。”

在模拟天线时，Pat说他使用了替代计算方法来节省时间，例如积分方程(IE)方法，它使用积分而不是矩阵来求解大量方程，以及基于几何光学的射击和反弹射线(SBR)方法。

“当你有一个电性非常大的反射器时，你可以将撞击在反射器上的场近似为几乎平行的几何射线。”帕特说。所以你可以用光线追踪从反射器得到散射场。在这些情况下使用SBR的优点是它对GPU友好。你可以使用显卡来加速计算，这真的很有帮助。”

在工程和销售中使用HFSS

目前，充气反射球形天线处于原型阶段，几个感兴趣的潜在客户正在监视该公司的进展。斯泰森发现，HFSS模拟结果是保持这些潜在客户知情的关键。

斯泰森说:“我们不仅在设计中使用HFSS，而且在与客户的沟通中也使用HFSS。“他们向我们提供了他们想要满足他们需求的无线电波束输出类型的特定规格。我们必须向他们展示我们设计的系统能够满足这些规范，因此HFSS的输出是至关重要的。我们可以用图形的方式向他们展示他们将从我们的设计中得到什么。”

自由落体航空航天公司目前正在与图森的林康研究公司和亚利桑那大学的学生合作开发猫卫星任务(以UA野猫队命名)。猫卫星是一颗6U立方体卫星，由美国宇航局立方体卫星发射计划任务选中，将于2022年中期飞行。它的目的是展示自由落体的充气球形反射器技术，并进行一些科学实验，所有这些实验都是由亚利桑那大学的学生和教师领导的。

斯泰森说:“这将非常令人兴奋。”“我们很自豪能成为这次全亚利桑那州太空飞行任务的一部分，并看到我们的技术在行动。”