Systems Tool Kit (STK) ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ระบบอากาศยานและอวกาศ

Systems Tool Kit หรือที่รู้จักกันในชื่อย่อว่า STK เป็นแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์วิเคราะห์ทางฟิสิกส์แบบหลายมิติ (Multi-physics) พัฒนาโดยบริษัท Analytical Graphics, Inc. (AGI) ซึ่งปัจจุบันเป็นบริษัทในเครือของ Ansys ซอฟต์แวร์นี้ถูกออกแบบมาเพื่อให้วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์สามารถทำการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนของแพลตฟอร์มบนบก ทะเล อากาศ และอวกาศ พร้อมทั้งแบ่งปันผลลัพธ์ภายในสภาพแวดล้อมการทำงานแบบบูรณาการเดียว

กลไกการทำงานหลัก

หัวใจสำคัญของ STK คือเครื่องมือคำนวณทางเรขาคณิต (Geometry Engine) ที่ใช้สำหรับกำหนดตำแหน่งและทัศนคติ (Attitude) ของวัตถุหรือ "สินทรัพย์" (Assets) แบบไดนามิกตามเวลา รวมถึงการวิเคราะห์ความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ระหว่างวัตถุภายใต้เงื่อนไขข้อจำกัดที่ซับซ้อนและเกิดขึ้นพร้อมกันหลายประการ เพื่อหาช่วงเวลาที่วัตถุสามารถติดต่อสื่อสารหรือเข้าถึงกันได้ (Access)

ประวัติและการพัฒนา

STK เริ่มพัฒนาในปี ค.ศ. 1989 โดยผู้ก่อตั้งสามคนของ Analytical Graphics, Inc. ได้แก่ Paul Graziani, Scott Reynolds และ Jim Poland ซึ่งแยกตัวออกมาจาก GE Aerospace เพื่อสร้างเครื่องมือที่สามารถใช้งานได้ทั่วไป (Commercial Off-The-Shelf) แทนที่ซอฟต์แวร์เฉพาะทางที่ต้องเขียนขึ้นใหม่สำหรับทุกโครงการ

การเปลี่ยนผ่านทางเทคโนโลยี

ในระยะแรก STK ทำงานบนคอมพิวเตอร์ของ Sun Microsystems เท่านั้น แต่ต่อมาได้ถูกปรับเปลี่ยนรหัสคำสั่งให้สามารถทำงานบนระบบปฏิบัติการ Windows เมื่อคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC) มีประสิทธิภาพสูงขึ้น

การขยายขีดความสามารถ

เริ่มแรก STซอฟต์แวร์นี้ถูกนำมาใช้ในชุมชนการบินและอวกาศเพื่อวิเคราะห์วงโคจรและการคำนวณการเข้าถึง (เช่น การหาว่าดาวเทียมสามารถมองเห็นสถานีภาคพื้นดินหรือเป้าหมายที่จะถ่ายภาพได้เมื่อใด) ต่อมาได้มีการเพิ่มโมดูลต่างๆ เพื่อรองรับการคำนวณระบบสื่อสาร, เรดาร์, ภารกิจระหว่างดาวเคราะห์ และการหลีกเลี่ยงการชนในวงโคจร

การเพิ่มความสามารถในการแสดงผลแบบ 3 มิติ ทำให้หน่วยงานทางทหารนำ STK ไปใช้ในการจำลองสถานการณ์แบบเรียลไทม์ของกองกำลังทางบก ทางเรือ และทางอากาศ รวมถึงโดเมนอวกาศ นอกจากนี้ องค์กรข่าวหลายแห่งยังใช้ STK ในการสร้างภาพจำลองเหตุการณ์สำคัญ เช่น การตกของสถานีอวกาศ Mir ของรัสเซีย, โศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศ Columbia, การชนกันของดาวเทียม Iridium และ Cosmos รวมถึงการเข้าใกล้ของดาวเคราะห์น้อย 2012 DA14

การเปลี่ยนชื่อเป็น Systems Tool Kit

ในเวอร์ชัน 12.1 (เปิดตัวปี ค.ศ. 2020) ซอฟต์แวร์ได้เปลี่ยนชื่อจาก Satellite Tool Kit เป็น Systems Tool Kit เพื่อสะท้อนถึงความสามารถที่ครอบคลุมทั้งระบบบนบก ทะเล อากาศ และอวกาศ ไม่ใช่เพียงแค่ดาวเทียมเท่านั้น

ส่วนต่อประสานและการใช้งาน

STK ใช้ส่วนต่อประสานกับผู้ใช้แบบกราฟิก (GUI) มาตรฐาน ซึ่งมีแถบเครื่องมือที่ปรับแต่งได้ พร้อมหน้าต่างแผนที่และหน้าต่างกราฟิก 3 มิติที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ ผู้ใช้สามารถทำการวิเคราะห์ทั้งหมดผ่านการโต้ตอบด้วยเมาส์และคีย์บอร์ด

แนวคิดเรื่อง Scenario

ในการทำงานของ STK พื้นที่การวิเคราะห์หรือการออกแบบจะถูกเรียกว่า Scenario ซึ่งในหนึ่ง Scenario สามารถสร้างวัตถุได้หลากหลาย เช่น ดาวเทียม, เครื่องบิน, เป้าหมาย, เรือ หรือระบบสื่อสาร โดย Scenario จะเป็นตัวกำหนดขอบเขตเวลาพื้นฐานและหน่วยวัด แต่ผู้ใช้สามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติเหล่านี้สำหรับวัตถุแต่ละชิ้นได้อย่างอิสระ

การบูรณาการและโมดูลเสริม

STK ถูกออกแบบมาให้เป็นผลิตภัณฑ์แบบโมดูลาร์ (Modular) คล้ายกับ MATLAB และ Simulink ซึ่งผู้ใช้สามารถเลือกเพิ่มโมดูลเสริมเพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทำงานเฉพาะด้านได้

การเชื่อมต่อกับระบบภายนอก

STK สามารถถูกฝัง (Embed) ภายในแอปพลิเคชันอื่นในรูปแบบ ActiveX component หรือควบคุมจากภายนอกผ่าน TCP/IP หรือ Component Object Model (COM) โดยมีเครื่องมือสำคัญคือ:

• Connect: ภาษาการเขียนสคริปต์ที่เป็นรูปแบบการส่งข้อความ (Messaging Format) ซึ่งไม่ขึ้นกับภาษาโปรแกรมใดๆ ทำให้ผู้พัฒนาสามารถสร้างเครื่องมือควบคุม STK ได้ด้วยภาษาที่ตนถนัด ขอเพียงแค่สามารถสร้างการเชื่อมต่อแบบ socket ได้
• OLE Automation: ทางเลือกสำหรับการควบคุม STK ในเชิงโปรแกรม

นอกจากนี้ AGI ยังมีชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ (SDK) สำหรับการนำความสามารถของ STK ไปฝังในแอปพลิเคชันภายนอกหรือสร้างแอปพลิเคชันใหม่โดยใช้เทคโนโลยีของ AGI

ผู้ใช้งานหลัก

STK ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหน่วยงานรัฐบาล พาณิชย์ และการป้องกันประเทศทั่วโลก ตัวอย่างองค์กรที่ใช้งาน ได้แก่ NASA, ESA, CNES, DLR, JAXA, ISRO, Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Airbus และกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ (US DoD)