Los gemelos digitales ganan terreno en los programas de satélites militares

Apr 12, 2023

WASHINGTON — Durante años, los gemelos digitales han sido promocionados como el próximo gran avance en la industria espacial. Si bien la tecnología aún está evolucionando, las empresas de este sector ven una demanda creciente de herramientas de ingeniería digital para diseñar redes satelitales complejas.

"Finalmente estamos en este punto de transición, de ser una palabra de moda y experimentar mucho cinismo, a algo que la gente realmente necesita", dijo Robbie Robertson, cofundador y director ejecutivo de Sedaro, una empresa emergente que desarrolla ingeniería digital. software enfocado a sistemas espaciales.

La empresa, con sede en Arlington, Virginia, se fundó en 2016. Ha ganado casi $3 millones en premios de investigación para pequeñas empresas del Departamento de Defensa y la NASA, y también ha recaudado capital de riesgo.

La escala y la complejidad de las constelaciones de satélites hacen que los gemelos digitales sean una necesidad, dijo Robertson. El problema, especialmente para los programas militares, es que se les han vendido herramientas de diseño digital heredadas renombradas como gemelos digitales, dijo.

En la planificación y el diseño de grandes constelaciones de satélites, "cuando conectas lo virtual y lo físico, puedes manejar la complejidad en la medida en que los humanos no pueden manejarla", dijo.

Los gemelos digitales están ganando terreno en los programas de satélites militares a medida que el Departamento de Defensa planea la próxima generación de sistemas espaciales, dijo Robertson.

El software de Sedaro, dijo, es utilizado por la organización de requisitos del Pentágono que supervisa las principales adquisiciones de sistemas. Un gemelo digital de una red de satélites de seguimiento de misiles, por ejemplo, ayuda a los responsables de la toma de decisiones a modificar los requisitos antes de adquirir los satélites.

La Fuerza Espacial está utilizando un gemelo digital para planificar un experimento llamado Tetra 5, para reabastecer de combustible a los satélites en órbita. "Este es un ejemplo de un programa que requiere la entrega de un gemelo digital junto con el sistema físico", dijo Robertson.

Plataforma de IA para ingeniería digital

Los programas espaciales militares también son clientes objetivo de una startup de ingeniería digital llamada Istari, respaldada por el exdirector ejecutivo de Google, Eric Schmidt, y dirigida por el exfuncionario de adquisiciones del Pentágono, Will Roper.

Roper, fundador y director ejecutivo de Istari, dijo que el desarrollo de aviones militares, satélites y otros sistemas podría acelerarse y abaratarse si las plataformas pudieran diseñarse, probarse e incluso certificarse a través del modelado y la simulación.

Eso no es posible hoy en día, dijo, ya que los programas de adquisiciones militares se basan en una mezcla de modelos y simulaciones de diferentes contratistas que no juegan juntos en un entorno digital integrado.

La plataforma de IA de Istari serviría como un sistema operativo común para modelos y simulaciones. La idea es permitir que cualquier modelo se conecte y funcione, independientemente de quién sea el propietario.

La Fuerza Espacial realmente podría beneficiarse de esta tecnología, dijo Roper. Un operador de satélite, por ejemplo, entrenaría en el mismo modelo que el ingeniero está diseñando. Este sería un verdadero hilo digital, que permitiría a los ingenieros actualizar y mejorar constantemente sus diseños con datos en tiempo real de los usuarios.

Un gemelo digital 'verdadero'

Robertson dijo que los clientes a menudo se sienten abrumados por las palabras de moda de marketing y las múltiples definiciones de gemelo digital. La forma en que lo explica es como "una representación virtual de alta fidelidad del sistema físico que existe a lo largo de todo su ciclo de vida, hasta el punto en que el comportamiento del sistema en órbita y su gemelo están perfectamente sincronizados".

Sedaro lanzó en abril una versión actualizada de su herramienta de ingeniería digital basada en la nube que espera convenza a los escépticos de que la tecnología no es solo otra tendencia exagerada.

"Mucha gente se ha sentido decepcionada de dónde estamos con la ingeniería digital para los sistemas espaciales", dijo. Eso es comprensible, "ya que no hemos utilizado software para permitir una mejora drástica en la complejidad y calidad de las tecnologías de hardware".

Durante años, los programas satelitales del Departamento de Defensa se han basado en una combinación desordenada de productos de software comerciales internos y de décadas de antigüedad para diseñar sus propios gemelos digitales. Estas tecnologías heredadas, dijo Robertson, no se pueden escalar a las grandes constelaciones de satélites que los militares están planeando para el futuro, como la arquitectura de órbita terrestre baja de la Agencia de Desarrollo Espacial.

Ingeniería digital para planificar constelaciones

En su última solicitud de satélites de comunicaciones, la Agencia de Desarrollo Espacial está pidiendo a los contratistas que envíen representaciones digitales de sus satélites para que la agencia pueda construir modelos. "No pidieron específicamente gemelos digitales", pero se están moviendo en esa dirección, dijo Robertson. "Hay muchas perillas que puede activar sobre lo que los gemelos digitales podrían significar para esa organización en particular".

Para el Departamento de Defensa, tener gemelos digitales de satélites operativos "es realmente la aplicación futura más emocionante de esta tecnología", dijo.

Tradicionalmente, la gente piensa en una simulación de ingeniería como una herramienta de diseño "antes de tener hardware, antes de tener un sistema físico", agregó.

"Pero la forma en que los gemelos digitales se usarán principalmente es para operaciones, simulando el sistema con una fidelidad realmente alta para que pueda optimizar cómo lo está usando, encontrar vulnerabilidades desde una perspectiva militar y hacer mantenimiento predictivo, que es como los gemelos digitales se utilizan mucho en otras industrias".

Las plataformas de ingeniería digital, para ser viables en el mercado de la defensa, deben ser entornos interoperables, al igual que Internet, por lo que el Departamento de Defensa no depende de un solo proveedor, dijo. Organizaciones como SDA que compran satélites de diferentes fabricantes no quieren tener que pagar millones de dólares por modelos y herramientas de software incompatibles.

Dentro de la Fuerza Espacial, existe un impulso para introducir tecnologías digitales en todos los aspectos de sus operaciones, y eso incluirá la ingeniería digital, dijo Robertson.

Lo que eso realmente significa a nivel de usuario aún no está claro, dijo. "El liderazgo dice que vamos a ser un servicio digital, pero confían en proveedores heredados de herramientas de software a medida".

Bajo un nuevo programa llamado Complejo Nacional de Entrenamiento y Pruebas Espaciales, la Fuerza Espacial buscará lanzamientos de la industria en una serie de tecnologías, incluida la ingeniería digital.

"Hay todos estos ecosistemas y conjuntos de herramientas de ingeniería digital que se están poniendo de pie, incluidas las cosas de gemelos digitales", dijo Robertson. "Pero no hay un ganador claro".

Se avecinan decisiones difíciles en esta área, dijo: "Tienen todos estos esfuerzos superpuestos y redundantes. Entonces, ¿cuál será el ecosistema de nube operativa?"

El Comando de Sistemas Espaciales anunció en abril planes para lanzar una "plataforma de ecosistema de ingeniería digital para ayudar a la Fuerza Espacial de EE. UU. y sus socios de misión a mantenerse a la vanguardia de las amenazas".

La plataforma digital, que se espera que se complete en 2025, "ayudará a integrar los esfuerzos de ingeniería digital existentes en todo el ecosistema de la USSF".

Sandra Erwin escribe sobre programas espaciales militares, políticas, tecnología y la industria que respalda este sector. Ha cubierto las fuerzas armadas, el Pentágono, el Congreso y la industria de defensa durante casi dos décadas como editora de National Defense de NDIA... Más por Sandra Erwin