Simulation Gerüstet für künftige Mond-Missionen 

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Synopsys arbeitet mit EMA und Cesium daran, Komponenten, Systeme und auch die Mondumgebung virtuell nachzubilden, um die Funktionsfähigkeit der Ausrüstung künftiger Artemis-Missionen zu testen.

Die NASA setzt auf Lösungen von Synopsys und EMA, um die Kompatibilität von Raumanzügen mit den Bedingungen auf dem Mond zu prüfen. Die Zusammenarbeit baut auf Synopsys' laufender Unterstützung künftiger Artemis-Missionen auf. Dazu gehört auch eine gemeinsame Initiative mit Cesium, einem Unternehmen von Bentley Systems, und dem Glenn Research Center der NASA in Cleveland. Ziel ist es, mithilfe von Digital‑Twin‑Technologie zu untersuchen, ob Mobilfunksysteme unter den Bedingungen auf dem Mond zuverlässig funktionieren. 

Das Gemeinschaftsprojekt von EMA und Synopsys konzentriert sich darauf, die Risiken von Systemen für Außenbordeinsätze (EVA) – konkret für Raumanzüge – zu minimieren. Im Fokus stehen zwei Phänomene: die Reibungselektrizität durch Wechselwirkungen mit dem Mondregolith sowie elektrische Aufladung und elektrostatische Entladung (ESD) durch das Weltraumplasma. Die Analyse der Ladungsniveaus, denen die komplexen, mehrschichtigen Artemis-Raumanzüge auf dem Mond ausgesetzt sein können, ist eine entscheidende Voraussetzung für dauerhafte Operationen auf der Mondoberfläche. ESD-Ereignisse können missionskritische Elektronik beschädigen, wie die Kommunikations- und Lebenserhaltungssysteme.

Raumanzüge unter relevanten Mondplasma-Bedingungen testen

Im geplanten Vorgehen werden EMA und Synopsys physikbasierte Analyseworkflows auf Basis von Ansys Charge Plus entwickeln und anwenden. Dieses Software-Simulationswerkzeug für elektromagnetische Aufladungs- und Entladungsvorgänge dient der Bewertung von Raumanzug-Materialien, Schichtaufbauten und repräsentativen Anzugkomponenten unter relevanten Mondplasma-Bedingungen. Charge Plus ist derzeit die einzige kommerziell verfügbare Software, die solche Weltraum-Aufladungsprobleme vollständig in 3D berechnen kann. Dies gelingt, indem die Wechselwirkungen zwischen Plasma, Oberflächenaufladung, Ladungstransport und elektrostatischer Entladung (ESD) in komplexen Mehrkomponentensystemen gemeinsam modelliert werden.

Mondmission

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Diese Simulationsaktivitäten werden durch Test- und Validierungsarbeiten im Space Environment and Radiation Effects (SERE) Laboratory von EMA in Pittsfield, Massachusetts, ergänzt – einer der wenigen Einrichtungen weltweit, die wesentliche Aspekte des Weltraumplasmas unter Laborbedingungen reproduzieren können. Mit diesem integrierten Simulations- und Testansatz können die Teams, Aufladungstreiber identifizieren, Konstruktionsvarianten bewerten und die Validierung dort konzentrieren, wo sie für die Sicherheit der Astronauten und den Missionserfolg am wichtigsten ist.

Um ein Mondnetz aufzubauen, muss zunächst ein digitaler Mond erstellt werden. Cesiums hochpräziser digitaler Zwillinge bietet eine virtuelle Bühne, um zu testen, wie Kommunikationssignale mit der komplexen Mondtopografie interagieren. So lässt sich die Netzzuverlässigkeit validieren und missionskritische Konnektivität sicherstellen, bevor die Hardware installiert wird.

Patrick Cozzi, Chief Platform Officer, Bentley Systems

Konnektivität auf künftiger Mondbasis simulieren und validieren

Parallel zur Raumanzug-Validierung integrierte Cesium dreidimensionale Geodaten und hochpräzise Mondtopografie in die digitale Missionstechnik-Umgebung von Synopsys. Dort wird die Ausbreitung von Hochfrequenzsignalen (HF-Signale) mithilfe der Software Ansys RF Channel Modeler analysiert. Ergänzend kommt Ansys HFSS für hochpräzise Antennenmodelle zum Einsatz, die auf Raumanzügen und Rovern installiert sind. Diese Modelle liefern Erkenntnisse zur Ende-zu-Ende-Konnektivität auf der gesamten Mondoberfläche.

Das Lunar-3GPP-Team am Glenn Research Center der NASA nutzt diese Lösung, um HF-Abdeckung in realistischen Betriebsszenarien zu visualisieren und zu validieren. Die gewonnenen Erkenntnisse können dabei helfen, optimale Standorte für Funkanlagen zu bestimmen, die die Konnektivität rund um eine künftige Mondbasis sicherstellen.

Konstruktionen virtuell modellieren, testen und weiterentwickeln

Je weiter wir in die unwirtliche und zugleich verheißungsvolle Umgebung des Weltraums vordringen, desto schneller, entschlossener und effizienter müssen wir Lösungen entwickeln.

Jim Bridenstine

„Das Artemis‑Programm ist ein ambitioniertes Gemeinschaftsprojekt. Ziel ist es, Menschen auf den Mond zurückzubringen und dort eine dauerhafte Präsenz als Ausgangspunkt für künftige Erkundungen zu schaffen“, ergänzt Jim Bridenstine, ehemaliger NASA-Administrator und aktueller Berater bei AGI (Synopsys). „Je weiter wir in die unwirtliche und zugleich verheißungsvolle Umgebung des Weltraums vordringen, desto schneller, entschlossener und effizienter müssen wir Lösungen entwickeln. Digitale Ingenieurtechnologien helfen Teams dabei, Konstruktionen virtuell zu modellieren, zu testen und weiterzuentwickeln, bevor Hardware gebaut wird. Das ist ein wichtiger Schritt, um Risiken frühzeitig zu senken und Innovationen schneller voranzubringen.“