Svemirski teleskop Džejms Veb zaista istražuje nepoznato, prikazujući zapanjujuće slike ranije nevidljivih uglova univerzuma moguće samo zbog segmentiranog ogledala teleskopa od 21 stopu koje se razvilo i sastavilo u svemiru.
Decenije testiranja ušle su u materijale, dizajn i procese potrebne za razvoj najvećeg teleskopa u svemiru. Međutim, ceo projekat je bio previše složen da bi se testirao na tlu, na skali, na –400 ° F i u drugim uslovima sličnim svemiru.
Umesto toga, inženjeri su se oslanjali na softverske simulacije da bi razumeli kako bi se teleskop ponašao u različitim uslovima u svemiru, i taj rad je pomogao da se unapredi čitavo polje integrisanog kompjuterskog modeliranja.
„Pogurali smo sve, svu simulaciju, onoliko teško koliko bi trebalo“, rekla je Erin Eliot, optički inženjer u kompaniji Ansis, Inc., što čini Ansis Zemak OpticStudio, jednim od softverskih paketa za dizajn koji se koristi za razvoj hardvera i softvera za teleskop Veb.
Tehnologija simulacije se dramatično poboljšala tokom poslednje dve decenije zbog povećanja računarske snage i novih načina pristupa računarskoj moći van lokacije kao usluge u oblaku. Ali dodatna poboljšanja sežu direktno do Vebovog razvoja.
Eliot je koristio OpticStudio da podrži Veb teleskop dok je radio za druge NASA izvođače, počevši od ranih 2000-ih, pre nego što je 2015. počeo da radi za Zemak—koji je kasnije postao Ansis Zemak—sa sedištem u Canonsburgu, Pensilvanija.
U prvim danima, rekao je Elliott, Zemak je podesio svoj softver za Vebb teleskop. „U to vreme su napravili neke specifične promene za nas u vezi sa rukovanjem koordinatnim sistemima segmenata“, rekla je ona, misleći na 18 heksagonalnih segmenata koji čine primarno ogledalo teleskopa.
Eliot se takođe prisetio da je više puta razgovarao sa rukovodstvom Zemak-a o potrebi da softver bolje komunicira sa drugim Microsoft Vindovs programima. Kompanija je predstavila API, ili interfejs za programiranje aplikacija, za OpticStudio, koji omogućava da paket radi sa drugim programima i omogućava dalje prilagođavanje. Bilo je mnogo razloga da se doda ta tehnologija, ali Vebbovi zahtevi su verovatno bili značajni među njima, rekao je Eliot.
Džozef Hauard, optički inženjer u NASA-inom centru za svemirske letove Godard u Grinbeltu u Merilendu, gde su sastavljeni Veb i njegov modul naučnog instrumenta, primetio je da je korišćenje nekoliko paketa za modeliranje pomoglo u pokretanju inovacija u ovoj oblasti. „Važno je da postoji više softverskih kompanija koje vam mogu pomoći ne samo za unakrsnu proveru modeliranja, već i zato što one čine jedni druge boljim kroz konkurenciju“, rekao je on. Softverski paket Ansis Zemak OpticStudio, prikazan ovde u demonstraciji modeliranja ogledala svemirskog teleskopa Džejms Veb, opremljen je novim mogućnostima i karakteristikama kao rezultat korišćenja u razvoju opservatorije. Kredit: Ansis Inc.
Pored poboljšanja napravljenih na OpticStudio tokom razvoja Vebb teleskopa, Ansis Zemak je 2021. godine uveo modul strukturne, termalne, analize i rezultata (STAR), koji je imao koristi od znanja koje je Elliott stekao radeći na NASA projektu.
Kada ogledalo ili sočivo promene oblik usled temperaturnih promena, optika se pomera. Veći deo modeliranja OpticStudio je završen u manjim delovima — inženjeri bi nezavisno pokrenuli termalnu simulaciju i dodali te podatke sledećem optičkom modelu, generišući više podataka za sledeće pokretanje.
STAR modul uključuje analize iz drugog softvera za simulaciju direktno u optičke modele OpticStudio—efikasnost primenljiva na dizajn teleskopa i vazduhoplovstva. Ova karakteristika je takođe sve važnija za autonomna vozila, sočiva mobilnih telefona i drugu optiku koja radi u teškim okruženjima.
Budući teleskopi i druge svemirske letelice će verovatno uključivati elemente Vebovog dizajna. Više će putovati u segmentima koji se moraju sami sastaviti u svemiru, a razvoj sve komplikovanije robotike i optike oslanjaće se na poboljšani softver za modeliranje.
„Kada smo napravili Veb, znali smo da ne možemo u potpunosti da ga testiramo na zemlji pre leta, tako da smo mnogo zavisili od modeliranja i analize da bismo se pripremili za let“, rekao je Hauard. „Sledeća velika opservatorija će još više zavisiti od softvera za modeliranje.
U međuvremenu, dizajneri više zemaljskih tehnologija već vide prednosti poboljšanog OpticStudio-a, koristeći ga za dizajniranje preciznih endoskopa, termovizira za otkrivanje izloženosti COVID-19 u gomili, ekrana proširene stvarnosti i slušalica, tehnologije laserskog potiska za nanosatelite, i, naravno, više teleskopa.
Eliot je takođe primetio da je projekat Vebovog teleskopa obučio sledeću kohortu proizvođača teleskopa i optičkih uređaja – onih koji dizajniraju i koriste tehnološke dodatke teleskopa.
„Ljudi koji su napravili Habl svemirski teleskop vodili su Veb teleskop“, rekla je ona. „A sada mlađi inženjeri koji su nam sekli na ovom projektu i učili iz njega postaju grupa ljudi koji će graditi sledeće strukture.
Eliot tvrdi da je projekat „isplatio samo za obuku ove ogromne grupe mladih inženjera i njihovo puštanje u oblasti visoke tehnologije“.
