罗马尼亚InSpace Engineering航天硬件开发商借助SOLIDWORKS设计为轨道应用打造微型实验室
航天硬件开发商借助 SOLIDWORKS 设计，将微重力流体实验转化为可搭载于国际空间站的紧凑型有效载荷。
航天硬件往往要求极致的小型化。工程师必须在保留原有大型系统全部功能的前提下，缩减尺寸、质量以及多余的复杂结构。对于微重力研究而言，这种精简要求尤为严苛：实验设备在发射、安装、上电以及在轨运行之后，必须能够产出有科学价值的数据。
罗马尼亚 InSpace Engineering，简称 RISE 公司，2017 年于布加勒斯特成立。RISE 面向航天领域开发硬件，具备多学科项目支撑能力，涵盖机械、电气以及全栈软件开发。其 DropCoal 项目充分检验了上述综合能力：将实验室规模的实验装置改造为紧凑型有效载荷，用于国际空间站（ISS）开展在轨工作。
DropCoal 是由欧洲空间局资助的实验项目，用于研究微重力环境下液滴的行为特性，帮助科研人员深入理解重力不再主导时液体发生碰撞、弹跳、合并与混合的流体运动规律。DropCoal 有效载荷安装在 ICE（国际商用实验）立方设施上，该设备是国际空间站哥伦布舱段内一套即插即用的科研平台，隶属于欧洲空间局。
压缩至四升容积的实验室
本次工程挑战不只是制作一个小型箱体，而是要把整套实验室实验功能集成到符合航天标准的硬件之中：实现液滴驱动、控制液滴交互过程、采集成像结果，并支持实验后数据分析。公司联合创始人 Mugurel Balan 介绍，RISE 工程师 “把一整张实验台的功能装进了一个四升的箱体内”，将实验室级别的实验装置重新设计为可在国际空间站运行的紧凑型有效载荷。
将实验室级实验装置压缩为四升的紧凑型有效载荷，带来巨大的机械、热学以及封装设计难题。这套系统需要配备泵体、用于控制液滴运动的电机、光学组件、高速相机，以及用于实时图像分析的机载软件。该实验还需要以每秒 8000 帧的速率采集流体行为，因此光学配置与内部封装成为有效载荷架构的核心。
Balan 将 RISE 称作 “微型系统集成商”，这一描述十分贴切。但 “微型” 绝不等于 “简单”。团队需要在空间极度受限的箱体内，同时满足科学、机械、光学、热学、电子与软件的各项需求。Balan 强调：“箱体内部确实十分拥挤。” 团队还需要专门为这套光学系统设计远心镜头。
在严苛约束条件下开展设计
RISE 使用 SOLIDWORKS 设计工具，把项目的科学需求转化为可制造的紧凑型航天硬件。实际工作的核心在于集成：将机械、电气与实验相关零部件全部布置在空间受限的四升有效载荷内部，同时针对发射、安装与在轨运行工况优化设计。
最大的难点来自热学特性。该有效载荷并非简单的稳态工作系统。光源、相机、微控制器等部件会依次启停，每一步都会造成反应腔内部整体温度上升，这套时序过程至关重要。
在迭代设计的全流程中，团队持续使用 SOLIDWORKS 仿真工具。Balan 将工作流程概括为 “设计、仿真、设计、仿真”，利用已知的对流参数评估有效载荷内部热行为。每一轮仿真迭代，都帮助团队校验这套紧凑型系统分阶段上电后的工作状态，在发射之前完成设计优化。
在轨实际表现与仿真预期相吻合
项目最亮眼的成果是仿真预测结果（基于 SOLIDWORKS 设计与仿真工具）与在轨实际运行表现高度一致。Balan 提到：“空间站上得到的实际结果，和我们仿真得到的数据非常接近。” 这种一致性证明，设计与仿真工作成功预判了紧凑型有效载荷在轨运行时的真实系统行为。
DropCoal 项目也证明，这家仅有 50 名员工的罗马尼亚本土工业企业，完全有能力开发可用于国际空间站科学研究的完整航天系统。NASA 宇航员 Don Pettit 将 DropCoal 实验设备安装至国际空间站哥伦布舱段内的 ICE 立方设施。该研究将助力科学家理解微重力下的液滴行为，有望在药物制剂、流体输送、燃烧建模等领域发挥参考价值。
工程师借助 SOLIDWORKS 设计，将这套科学实验装置改造为可完成封装、评估、发射、安装和运行的紧凑型硬件。对于 RISE 而言，设计与仿真带来的工程价值，就是在硬件进入无法开展重新设计的太空环境之前，尽可能消除各类不确定性。
小巧的有效载荷，意义重大的航天启示
DropCoal 虽然是小型有效载荷，却为航天工程带来重要启示。在轨环境下，集成质量至关重要，每一项内部设计决策，都会影响热学状态、成像质量、机械装配适配性或是实验可靠性。Balan 表示，SOLIDWORKS 设计的核心价值，在于可以快速迭代 MODSIM（建模 + 仿真）流程，充分掌握系统的整体行为特性。
对于航天硬件研发团队，启示十分明确：轨道科研的未来，不仅取决于大胆的任务构想，更取决于能否在严苛的物理约束下，完成构想的压缩、验证与落地执行。
如需进一步了解 SOLIDWORKS 设计，请联系当地经销商智诚科技ICT 电话：400-886-6353。如需观看 SOLIDWORKS 与 RISE 的案例视频，请点击此处。您可以点击此处阅读完整案例研究。
