10 передовых технологических трендов в аэрокосмической сфере, формирующих будущее космоса

Глобальная космическая экономика, по оценкам, превысит 1 трлн долларов выручки к 2040 году. Она охватывает широкий спектр деятельности по исследованию, изучению и использованию космоса. Учитывая множество аспектов аэрокосмической отрасли и миллиарды долларов инвестиций, существует огромное количество возможностей для роста и инноваций. Читайте далее, чтобы узнать о 10 технологических трендах в аэрокосмической инженерии, которых стоит ожидать в ближайшие годы.

Быстрые ссылки:

• Что такое аэрокосмические технологии?
• Текущие перспективы аэрокосмической отрасли
• 10 технологических трендов в аэрокосмической инженерии, за которыми стоит следить
• Будущее аэрокосмической отрасли уже здесь!

Что такое аэрокосмические технологии?

Аэрокосмическая сфера объединяет атмосферу и внешнее пространство; это разнообразная отрасль со множеством коммерческих, промышленных и военных применений. Аэрокосмическая инженерия включает авиацию и астронавтику, а исследование, проектирование, производство, эксплуатация или обслуживание воздушных и космических судов требует работы множества организаций.

Аэрокосмические технологии относятся к строительству, испытаниям и обслуживанию воздушных и космических судов. Техники могут участвовать в сборке, обслуживании, испытаниях, эксплуатации и ремонте систем, связанных с надежными и многоразовыми космическими ракетами-носителями и соответствующим наземным вспомогательным оборудованием.

Текущие перспективы аэрокосмической отрасли

Одной из отраслей, наиболее сильно пострадавших от пандемии, стала коммерческая и деловая авиаперевозка; на самом деле, 2020 год стал худшим в истории по спросу на авиаперелеты. Однако благодаря широкой доступности вакцин и ослаблению ограничений, связанных с COVID-19, 60% американцев заявили, что планируют путешествовать больше в 2021 году, чем в 2019. Несмотря на этот ожидаемый рост глобальных авиаперевозок, вероятно, что поведенческие модели потребителей изменились под влиянием пандемии; например, в настоящее время наблюдается повышенный фокус на коротких и внутренних рейсах вместо более длинных международных перелетов.

С другой стороны — и несмотря на продолжающуюся пандемию — космические запуски в первой половине 2020 года в основном сохранились на уровне предыдущих лет; 41 успешный запуск был лишь немного ниже пятилетнего среднего в 43 успешных запуска. По мере увеличения финансирования и снижения затрат космическая отрасль, вероятно, столкнется с расширенными возможностями, прежде всего в спутниковом широкополосном интернет-доступе. В 2020 году космические инвестиции остались сильными на уровне 25,6 млрд долларов, и импульс для инвестиций, вероятно, сохранится твердым в 2021 году.

В целом аэрокосмическая отрасль медленно, но верно восстанавливается после буквальной и метафорической остановки в 2020 году.

10 технологических трендов в аэрокосмической инженерии, за которыми стоит следить

Поскольку аэрокосмическая отрасль постоянно совершенствуется, вот десять трендов в аэрокосмической инженерии, которые стоит держать на радаре.

1. Самолеты с нулевым потреблением топлива

Airbus недавно представил три концепции первых в мире коммерческих самолетов с нулевыми выбросами на водороде, которые могут войти в эксплуатацию к 2035 году. Каждая концепция представляет собой разный подход к достижению полетов с нулевыми выбросами за счет изучения различных технологических путей и аэродинамических конфигураций для поддержки их амбиций стать пионерами в декарбонизации всей авиационной отрасли. Все концепции, представленные Airbus, опираются на водород как основной источник энергии — вариант, который, по их мнению, обладает исключительным потенциалом как чистого авиационного топлива и, вероятно, станет решением для аэрокосмической — и многих других — отраслей для достижения целей по климатической нейтральности.

2. Мониторинг структурного здоровья (SHM)

Мониторинг структурного здоровья включает наблюдение и анализ системы во времени с использованием периодически измеряемых ответных измерений для отслеживания изменений в материальных и геометрических свойствах инженерных сооружений, таких как мосты, самолеты и здания. Авиационные происшествия, связанные с катастрофическими отказами из-за усталости материалов, несут потенциальную угрозу значительной потери жизней, что делает инновации в этой отрасли аэрокосмической промышленности настолько важными.

Основой мониторинга структурного здоровья является способность контролировать конструкции с помощью встроенных или присоединенных датчиков неразрушающего контроля (НРК) и использовать данные для оценки состояния конструкции. За последние десять лет исследователи достигли значительного прогресса в разработке датчиков НРК для SHM, а также разработали аппаратное и программное обеспечение, необходимое для анализа и передачи результатов SHM. Датчики SHM НРК, достигшие определенной степени зрелости и способные контролировать значительные площади конструкций, включают волоконную оптику, активную ультразвуковую диагностику и пассивный акустический выброс.

Кроме того, недорогое новые вычислительное оборудование, такое как графические процессоры (GPU), способствует растущему использованию передовых физических моделей для улучшенного НРК-контроля и передовых методов анализа данных, таких как машинное обучение. Это особенно актуально для NASA, например, поскольку необходимо разрабатывать новые инструменты для поддержки длительных космических полетов.

3. Передовые материалы

Инновационные материалы могут использоваться в самых разных областях — от более легких и маневренных самолетов и новых сверхзвуковых систем до средств индивидуальной защиты и везде, где можно снизить риски или ущерб. Прогресс в разработке передовых материалов ожидается для решения вопросов интеграции таких функций, как сбор энергии, маскировка, структурный и персональный мониторинг здоровья. Например, графен — углеродный материал толщиной всего в один атом, который можно использовать для создания легких, прочных батарей, пригодных для высокоемкого хранения энергии — к тому же они заряжаются быстрее обычных батарей.

4. Умная автоматизация и блокчейн

Блокчейн, который обычно ассоциируется с криптовалютными системами, использует прозрачность данных для повышения безопасности. Открытое ключевое шифрование для безопасности данных на уровне записей и большая устойчивость сети становятся возможными благодаря отсутствию единой точки отказа. Кроме того, права доступа и управление полномочиями могут быть автоматизированы, что освобождает ресурсы для решения других вопросов безопасности.

Как это работает? Вместо значительных усилий по перемещению компонентов, оборудования и систем entlang цепочки создания стоимости, блокчейн может организовать обмен внутренними и внешними участниками цепочки поставок вплоть до конечного клиента. Он предлагает безопасную, аудируемую, прослеживаемую и совместно используемую запись по распределенной популяции. Консенсус между производственным партнером и их клиентом может быть быстро достигнут через общий реестр блокчейна, поскольку это оставляет за собой четкую и неизменную историю проектирования, всех изменений, результатов испытаний, записи сертификации источника всех компонентов и многое другое.

5. Аддитивное производство (3D-печать)

3D-печать, также известная как аддитивное производство, доказала себя как отличное производственное решение для изготовления компонентов и деталей, использующих значительно меньше материала, чем другие сравнимые традиционно изготовленные детали. Поскольку материал может использоваться для создания изделия через аддитивное производство, можно строить экстремально сложные геометрические формы, обладающие большой прочностью при сниженной плотности используемого материала.

Снижение веса является первостепенной задачей для аэрокосмической технологической отрасли из-за повышения производительности в таких областях, как скорость, грузоподъемность, расход топлива, выбросы и многое другое. Это осознание заставляет аэрокосмическую и оборонную отрасли искать применение 3D-печати в их новейших продуктах — от каркасов сидений до воздуховодов.

6. Сверхзвуковые полеты

Сверхзвуковой полет — это когда самолет движется быстрее скорости звука. Авиакомпания United объявила о планах купить 15 новых сверхзвуковых лайнеров и «вернуть сверхзвуковые скорости в авиацию» к 2029 году. Сверхзвуковые полеты звучат знакомо? Такие пассажирские рейсы закончились в 2003 году, когда Air France и British Airways списали Concorde.

Новый самолет Overture будет произведен денверской компанией Boom, которая еще не проводила летные испытания сверхзвукового реактивного самолета. Сделка United условна тем, что новый самолет соответствует стандартам безопасности и требованиям по шуму.

7. Более устойчивые и динамичные цепочки поставок А&D

Снижение спроса на самолеты и ограничения на перемещение людей и товаров из-за пандемии привели к разрыву многих важных цепочек поставок в аэрокосмической и оборонной (А&D) сферах. Это повлияло на мелких поставщиков, особенно тех, кто сильно зависит от коммерческой авиации и послепродажного бизнеса.

В 2021 году фокус отрасли, вероятно, сместится на трансформацию цепочек поставок в более устойчивые и динамичные сети, что можно сделать с помощью таких стратегий, как решоринг (возвращение производства в страну), вертикальная интеграция и усиление киберзащиты. Для дальнейшего укрепления цепочек поставок OEM и поставщики должны использовать цифровые инструменты, включая автоматизацию внутренних процессов и оптимизацию рабочих процессов, внедрение умных систем управления и использование аналитики данных. В недавнем опросе Deloitte 72% руководителей отрасли заявили, что инвестируют в экосистемы цепочек поставок для использования внешних альянс-партнеров.

8. Использование интернета вещей (IoT) для предвосхищения проблем с обслуживанием

Компании по обслуживанию и ремонту самолетов широко используют технологию интернета вещей для прогнозируемого технического обслуживания авиационных деталей и оборудования. Решение для прогнозируемого обслуживания на базе IoT может помочь предсказать потенциальные повреждения, например, собирая данные с ультразвуковых и вибрационных датчиков, прикрепленных к шпинделю станка с ЧПУ. Анализ собранных данных помогает выявить хрупкие шпиндели и инструменты до их поломки. Технология IoT используется для передачи критических данных с двигателей, крыльевых шторок, выпускных клапанов и шасси техникам для предупредительного обслуживания. Эти данные помогают техникам создавать графики обслуживания, закупать детали и планировать соответствующих рабочих для ремонта оборудования.

9. Искусственный интеллект (ИИ)

Аэрокосмическая технологическая отрасль также извлекает пользу из искусственного интеллекта и использования машинного или активного обучения в исследованиях и образовании. Машинное обучение дает возможность получить новые идеи о материалах, используя искусственный интеллект для обнаружения новых закономерностей и связей в данных. ИИ может решать гораздо более сложные проблемы, чем люди, и может перебрать тысячи исходов за мгновения по сравнению с тем, сколько времени тратит человеческий мозг на обработку информации.

Например, для создания технологии следующего поколения исследователи Лаборатории авиационных исследований ВВС США (AFRL) используют машинное обучение, ИИ и автономные системы для экспоненциального увеличения скорости открытия новых материалов и снижения стоимости технологий.

10. Автономные полетные системы

Внедрение автономных технологий стало растущим трендом в нескольких отраслях, и аэрокосмическая отрасль не исключение. Большая часть этого фокусировалась на увеличении автономных полетов, конечной целью которых является запуск полностью беспилотных полетов. Хотя это может быть еще несколько лет впереди, инвестиции и инновации будут последовательно направлены на это в ближайшие годы. Мы можем увидеть сокращение экипажей до одного пилота и последующий переход к автономной эксплуатации в ближайшие годы. Это уже произошло с дронами, хотя эта технология, очевидно, должна быть масштабирована перед тем, как она будет готова для пассажирских самолетов и более длительных путешествий.

Будущее аэрокосмической отрасли уже здесь!

Инновационные технологии и производственные процессы разрабатываются на, казалось бы, постоянной основе, и малые и средние производители собирают плоды, поскольку аэрокосмические компании ищут нишевых поставщиков для расширения своей цепочки поставок. Следование за последними трендами может помочь вашему производственному бизнесу воспользоваться всем, что предлагает аэрокосмическая отрасль.

С современной аэрокосмической отраслью такой сложной и уязвимой, как никогда, экспертная консультация является необходимой. Свяжитесь с CMTC сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь оптимизировать ваши аэрокосмические технологические операции!