NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜改进了模拟软件
詹姆斯·韦伯太空望远镜在高分辨率的近红外光下拍摄到一对紧密结合的活跃恒星，被称为赫比格-哈罗46/47。
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詹姆斯·韦伯太空望远镜真正探索了未知的世界，展示了以前看不见的宇宙角落的令人惊叹的图像，这是因为望远镜的21英尺分段镜在太空中展开并自行组装。
数十年来，人们一直在对材料、设计和工艺进行测试，以开发太空中最大的望远镜。然而，整个项目太过复杂，无法在地面、零下400华氏度和其他类似太空的条件下进行大规模测试。
相反，工程师们依靠软件模拟来了解望远镜在不同空间条件下的表现，这项工作有助于推进整个鸡成计算机建模领域。
Ansys Zemax OpticStudio软件包，图为詹姆斯·韦伯太空望远镜镜镜面建模的演示，由于在天文台的开发中使用，它配备了新的功能和特性。
影像来源：Ansys Inc.
“我们把所有的东西，所有的模拟，都推到了极限。”Ansys Inc .的光学工程师艾琳·埃利奥特说，该公司制作了Ansys Zemax OpticStudio，这是用于开发韦伯望远镜硬件和软件的设计软件套件之一。
在过去的二十年中，由于计算能力的提高和以云服务的形式访问异地计算能力的新方法，模拟技术得到了显著的改进。但其他的改进可以直接追溯到韦伯的发展。
埃利奥特从21世纪初开始为NASA承包商工作，在2015年开始为Zemax工作之前，他使用OpticStudio来支持韦伯望远镜，Zemax于2021年被总部位于宾夕法尼亚州卡农斯堡的Ansys Inc .收购。
埃利奥特说，在早期，Zemax为韦伯望远镜的工作调整了软件。“他们当时为我们做了一些具体的改变，涉及处理分段的坐标系。”她说，她指的是组成望远镜主镜的18个六边形部分。
埃利奥特还回忆说，她曾多次与Zemax的领导层讨论该软件与其他微软Windows程序更好通讯的必要性。该公司为OpticStudio引入了一个API，即应用程序编程接口，使该套件能够与其他程序一起工作，并允许进一步定制。埃利奥特说，有很多理由增加这项技术，但韦伯的需求可能是其中重要的一个。
在NASA戈达德航天飞行中心的洁净室里，一名工程师正在检查韦布望远镜主镜工程设计单元。
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位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心是韦伯及其科学仪器模块的组装地，该中心的光学工程师约瑟夫·霍华德指出，使用几个建模软件包有助于推动该领域的创新。他说：“重要的是，要有多家软件公司，它们不仅可以帮助你交叉检查模型，还可以通过竞争使彼此变得更好。”
除了在韦伯望远镜开发期间对OpticStudio进行改进外，该公司还于2021年推出了结构、热、分析和结果（STAR）模块，这得益于埃利奥特在NASA项目中获得的知识。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的前6个主镜部分准备在NASA马歇尔太空飞行中心开始最后的低温测试。
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当反射镜或透镜由于温度波动而改变形状时，光学元件就会移动。OpticStudio的大部分建模都是以较小的部分完成的——工程师们将独立运行热模拟，并将这些数据添加到下一个光学模型中，为下一次运行生成更多数据。
STAR模块将其他仿真软件的分析结果直接集成到OpticStudio光学模型中，这一效率适用于望远镜和航空航天设计。这一特性对于自动驾驶汽车、手机镜头和其他在恶劣环境下工作的光学器件也越来越重要。
未来的望远镜和其他航天器可能会涉及韦伯设计的元素。更多的望远镜和航天器将在太空中自行组装，而日益复杂的机器人和光学技术的发展将依赖于改进的建模软件。
“当我们建造韦伯时，我们知道我们无法在飞行前在地面上对它进行全面测试，所以我们在很大程度上依赖于建模和分析来为飞行做准备。”霍华德说。“下一个伟大的天文台将更加依赖于建模软件。”
与此同时，更多地球技术的设计师已经看到了改进后的OpticStudio的好处，他们用它来设计精密内窥镜、用于检测人群中COVID-19暴露的热成像仪、增强现实显示器和耳机、用于纳米卫星的激光推进器技术，当然还有更多的望远镜。
埃利奥特还指出，韦伯望远镜项目训练了下一代望远镜和光学设备制造商——那些设计和使用望远镜技术衍生产品的人。
“建造哈勃太空望远镜的人是韦布望远镜的领军人物。”她说。“现在，在这个项目上崭露头角并从中学习的年轻工程师们，正在成为建造下一代建筑的一群人。”
埃利奥特坚持认为，该项目“单独来说是值得的，因为它培养了大批年轻工程师，并将他们释放到高科技领域。”
NASA有着向私营机构转让技术的悠久历史。该机构的衍生出版物介绍了NASA已转化为商业产品和服务的技术，展示了美国对其太空计划投资的更广泛好处。《衍生产品》是NASA太空技术任务理事会（STMD）的技术转让计划出版物。
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参考来源：
https://www.nasa.gov/directorates/stmd/nasas-webb-telescope-improves-simulation-software/