热仿真 | 月球探索：照亮阴影中的目标

《工程仿真驱动的前沿探索：可配置、多探测器的月球观测系统 VELOS》


引言

本文聚焦于亚利桑那州立大学（ASU）光度实验室的一个多学科团队，他们推出了一项创新项目——可变探月观测系统（Variable Exploratory Lunar Observation System, VELOS），旨在使用小型、轻量化的物体进行更长的月球任务，并将月球作为行星际旅行的发射台。VELOS 是为应对美国宇航局（NASA）年度 “突破性、创新性和变革性（BIG）理念挑战赛” 提供的一项设计方案，旨在开发新技术与方法，以支持阿尔忒弥斯计划实现人类重返月球的目标。

技术挑战与创新解决方案




在应对月球探索的最大挑战之一——长期停留在月球最寒冷、最黑暗的永久阴影区（PSR）——时，ASU 光度实验室在基于 Ansys 仿真的综合技术策略上创新地借助了融资，以开发一种专门的发射系统，用于数据收集任务。这一系统具备了严格的功能要求，不仅需要在极端环境下可靠运行，还要求能在PSR内及周围距离 100 米处收集科学数据。

结构与振动仿真

项目的初期，ASU 团队通过 Ansys Explicit 确保系统能在复杂环境下的结构强度与振动稳定性。这包括基于虚拟现实环境下的永久阴影区设计进行动态结构载荷测试与振动测试，以预测系统在实际任务中的性能与寿命，并确保其能够在发射使用过程中抵抗必要冲击与振动。

热环境仿真

考虑到永久阴影区的极端温度（最低可达约 35 K，低于极地的冥王星温度），ASU 团队进一步通过 Ansys Explicit 的瞬态热仿真功能，评估系统在低温条件下的热管理性能。通过仿真，确定了探测器电子元件在失去温度控制状态下的最长工作时间，达到了评估电子设备寿命的关键点。

智能发射与热保护

VELOS 设计中的一项亮点是使用预加载弹簧的旋转炮塔结构，以阵列形式发射探测器。这种设计不仅极大提高了数据收集的潜力，还确保了每次发射时对系统安全的关键考虑。此外，探测器外壳和绝缘层的设计采取了吸震材料，确保了探测器在突发撞击情况下的安全，同时维持内部电子元件的保护状态。

结论与前瞻

通过基于 Ansys 仿真的各项测试结果与策略规划，VELOS 成功证明了其不仅是一个概念上的突破，也是实现实践目标的可靠平台。在现场测试中，探测器在地球重力下的发射最大的距离超过了预期目标的 16.5 米，与月球重力下期待的 100 米相匹配，且运行稳定。借助这种创新、成本有效的解决方案，ASU 团队正向着在月球黑暗缝隙中寻找水源的目标大步前进。

深厚的行业合作，如与 PADT 的合作以及享有盛誉的顾问团队的支持，为 VELOS 的成功实施奠定了坚实基础。最终目标是让月球探索技术更进一层，推动人类文明向更广阔的宇宙空间进发。随着更多领域的关注，我们可以期待 VELOS 为未来的深空任务、特别是对水资源的探索带来革命性的改变。

致谢

感谢 Ansys Advantage 杂志 提供的出版平台，赋能理论研究者与实践者之间的对话与分享，推动工程仿真技术持续发展与应用。通过结合理论指导与实际应用的洞察，ASU 光度实验室的团队展示了如何利用先进的仿真技术解决世界范围内的科技挑战，为人类的知识前沿贡献不竭动力。

在这个充满不确定性和未解之谜的时代，VELOS 表现出了勇往直前的精神。文章的撰写是一个独特的机会，不只是回顾和分析，更是以此邀请领域内的同行与我们一同，为探索未知的道路上迈出新的步伐。

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...