Digitale Zwillinge gewinnen in militärischen Satellitenprogrammen an Bedeutung

Apr 12, 2023

WASHINGTON – Digitale Zwillinge werden seit Jahren als das nächste große Ding in der Raumfahrtindustrie gehypt. Während sich die Technologie noch weiterentwickelt, verzeichnen Unternehmen in diesem Sektor eine wachsende Nachfrage nach digitalen Engineering-Tools zum Entwurf komplexer Satellitennetzwerke.

„Wir sind endlich an diesem Übergangspunkt angelangt, von einem Schlagwort und viel Zynismus zu etwas, das die Menschen wirklich brauchen“, sagte Robbie Robertson, Mitbegründer und CEO von Sedaro, einem Startup, das digitale Technik entwickelt Software mit Schwerpunkt auf Raumfahrtsystemen.

Das Unternehmen mit Sitz in Arlington, Virginia, wurde 2016 gegründet. Es hat fast 3 Millionen US-Dollar an Forschungspreisen für Kleinunternehmen vom Verteidigungsministerium und der NASA gewonnen und außerdem Risikokapital aufgebracht.

Der Umfang und die Komplexität von Satellitenkonstellationen machen digitale Zwillinge zu einer Notwendigkeit, sagte Robertson. Das Problem, insbesondere bei militärischen Programmen, bestehe darin, dass ihnen veraltete digitale Designtools verkauft würden, die in „Digitale Zwillinge“ umbenannt würden, sagte er.

Bei der Planung und Gestaltung großer Satellitenkonstellationen „kann man durch die Verbindung des Virtuellen und des Physischen eine Komplexität in einem Ausmaß bewältigen, wie Menschen sie nicht bewältigen können“, sagte er.

Digitale Zwillinge gewinnen in militärischen Satellitenprogrammen an Bedeutung, da das Verteidigungsministerium die nächste Generation von Raumfahrtsystemen plant, sagte Robertson.

Sedaros Software, sagte er, werde von der Bedarfsorganisation des Pentagons genutzt, die den Erwerb großer Systeme überwacht. Ein digitaler Zwilling eines Satellitennetzwerks zur Raketenverfolgung hilft beispielsweise Entscheidungsträgern, die Anforderungen zu optimieren, bevor sie die Satelliten erwerben.

Die Space Force nutzt einen digitalen Zwilling, um ein Experiment namens Tetra 5 zu planen, um Satelliten im Orbit zu betanken. „Dies ist ein Beispiel für ein Programm, das die Bereitstellung eines digitalen Zwillings zusammen mit dem physischen System erfordert“, sagte Robertson.

KI-Plattform für Digital Engineering

Militärische Raumfahrtprogramme sind auch Zielkunden für ein Digital-Engineering-Startup namens Istari, das vom ehemaligen Google-CEO Eric Schmidt unterstützt und vom ehemaligen Beschaffungsbeamten des Pentagon, Will Roper, geleitet wird.

Roper, Gründer und CEO von Istari, sagte, die Entwicklung von Militärflugzeugen, Satelliten und anderen Systemen könne schneller und kostengünstiger erfolgen, wenn Plattformen durch Modellierung und Simulation entworfen, getestet und sogar zertifiziert werden könnten.

Dies sei heute nicht möglich, sagte er, da militärische Beschaffungsprogramme auf einer Mischung aus Modellen und Simulationen verschiedener Auftragnehmer beruhten, die nicht in einer integrierten digitalen Umgebung zusammenspielten.

Die KI-Plattform von Istari würde als gemeinsames Betriebssystem für Modelle und Simulationen dienen. Die Idee besteht darin, jedes Modell Plug-and-Play-fähig zu machen, unabhängig davon, wem es gehört.

Die Space Force könnte wirklich von dieser Technologie profitieren, sagte Roper. Ein Satellitenbetreiber würde zum Beispiel mit demselben Modell trainieren, mit dem der Ingenieur entwirft. Dies wäre ein wahrer digitaler Thread, der es Ingenieuren ermöglicht, ihre Entwürfe mit Echtzeitdaten der Benutzer ständig zu aktualisieren und zu verbessern.

Ein „echter“ digitaler Zwilling

Robertson sagte, Kunden seien oft von den Marketing-Schlagwörtern und den vielfältigen Definitionen des digitalen Zwillings überwältigt. Er erklärt es als „eine hochgetreue virtuelle Darstellung des physischen Systems, das während seines gesamten Lebenszyklus existiert, bis zu dem Punkt, an dem das Verhalten des umlaufenden Systems und seines Zwillings perfekt synchronisiert sind.“

Sedaro hat im April eine aktualisierte Version seines cloudbasierten digitalen Engineering-Tools auf den Markt gebracht, von der das Unternehmen hofft, dass es Skeptiker davon überzeugen wird, dass es sich bei der Technologie nicht nur um einen weiteren überbewerteten Trend handelt.

„Viele Menschen waren von unserem Stand der digitalen Technik für Raumfahrtsysteme enttäuscht“, sagte er. Das sei verständlich, „da wir nicht durch den Einsatz von Software eine dramatische Verbesserung der Komplexität und Qualität von Hardwaretechnologien ermöglicht haben.“

Satellitenprogramme des Verteidigungsministeriums verlassen sich seit Jahren auf eine chaotische Kombination aus internen und jahrzehntealten kommerziellen Softwareprodukten, um ihre eigenen digitalen Zwillinge zu entwerfen. Diese Legacy-Technologien, sagte Robertson, können nicht auf die großen Satellitenkonstellationen skaliert werden, die das Militär für die Zukunft plant, wie etwa die Architektur der Space Development Agency in der erdnahen Umlaufbahn.

Digital Engineering zur Planungskonstellation

In ihrer jüngsten Ausschreibung für Kommunikationssatelliten fordert die Space Development Agency die Auftragnehmer auf, digitale Darstellungen ihrer Satelliten einzureichen, damit die Agentur Modelle bauen kann. „Sie haben nicht ausdrücklich digitale Zwillinge gefordert“, aber sie bewegen sich in diese Richtung, sagte Robertson. „Es gibt viele Regler, mit denen man steuern kann, was digitale Zwillinge für das jeweilige Unternehmen bedeuten könnten.“

Für das Verteidigungsministerium ist die Erstellung digitaler Zwillinge betriebsbereiter Satelliten „wirklich die aufregendste zukünftige Anwendung dieser Technologie“, sagte er.

Traditionell betrachten die Menschen eine technische Simulation als ein Design-Tool, „bevor Sie Hardware haben, bevor Sie ein physisches System haben“, fügte er hinzu.

„Aber die Art und Weise, wie digitale Zwillinge in erster Linie für den Betrieb verwendet werden, ist die Simulation des Systems mit wirklich hoher Wiedergabetreue, so dass man seine Nutzung optimieren, Schwachstellen aus militärischer Sicht finden und vorausschauende Wartung durchführen kann, was digitale Zwillinge ausmachen.“ werden auch in anderen Branchen häufig eingesetzt.“

Um auf dem Verteidigungsmarkt lebensfähig zu sein, müssen digitale Engineering-Plattformen ähnlich wie das Internet interoperable Umgebungen sein, sodass das Verteidigungsministerium nicht von einem einzelnen Anbieter abhängig sei, sagte er. Organisationen wie SDA, die Satelliten von verschiedenen Herstellern kaufen, möchten nicht Millionen von Dollar für inkompatible Modelle und Softwaretools bezahlen müssen.

Innerhalb der Space Force gebe es Bestrebungen, digitale Technologien in jeden Aspekt ihrer Operationen einzuführen, und dazu werde auch die digitale Technik gehören, sagte Robertson.

Was das tatsächlich auf Benutzerebene bedeute, sei noch unklar, sagte er. „Die Führung sagt, dass wir ein digitaler Dienst sein werden, aber sie verlässt sich auf alte Anbieter maßgeschneiderter Softwaretools.“

Im Rahmen eines neuen Programms mit dem Namen „National Space Test and Training Complex“ wird die Space Force nach Branchenvorschlägen für eine Reihe von Technologien suchen, darunter auch für digitale Technik.

„Es gibt all diese digitalen Engineering-Ökosysteme und Toolsets, die sich durchsetzen, einschließlich der digitalen Zwillinge“, sagte Robertson. „Aber es gibt keinen klaren Gewinner.“

In diesem Bereich stünden schwierige Entscheidungen bevor, sagte er: „Es gibt all diese sich überschneidenden, redundanten Bemühungen. Welches wird also das operative Cloud-Ökosystem sein?“

Das Space Systems Command kündigte im April Pläne zur Einführung einer „Ökosystemplattform“ für digitale Technik an, um der US Space Force und ihren Missionspartnern dabei zu helfen, den Bedrohungen immer einen Schritt voraus zu sein.

Die digitale Plattform, die voraussichtlich im Jahr 2025 fertiggestellt sein wird, „wird dazu beitragen, bestehende digitale Engineering-Bemühungen im gesamten USSF-Ökosystem zu integrieren.“

Sandra Erwin schreibt über militärische Raumfahrtprogramme, Politik, Technologie und die Industrie, die diesen Sektor unterstützt. Als Herausgeberin von NDIAs National Defense berichtet sie seit fast zwei Jahrzehnten über das Militär, das Pentagon, den Kongress und die Verteidigungsindustrie. Mehr von Sandra Erwin