آموزش پایتون برای مهندسان هوافضا

در دهه‌های اخیر، مهارت در علوم کامپیوتری و توانایی برنامه‌نویسی به‌ عنوان یکی از معیارهای سواد جهانی معرفی شده است. امروزه بسیاری از صنایع به سمت استفاده از کدنویسی برای ساده‌سازی فرآیندها، کاهش نیروی انسانی و جلوگیری از خطاها پیش رفته‌اند. زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی توسعه یافته‌اند، اما برخی مانند متلب و فرترن همچنان در میان مهندسان محبوب هستند. با این حال، پایتون توانسته است پس از حدود 30 سال همچنان طرفداران زیادی در حوزه‌های مختلف، از جمله مهندسی هوافضا، داشته باشد.

اگرچه در گذشته بیشتر به متلب به ‌عنوان زبان اصلی برنامه‌نویسی مهندسان هوافضا توجه می‌شد، امروزه پایتون با قابلیت‌های فراوان و محیط کاربری ساده‌اش، تبدیل به یک انتخاب جدی در این حوزه شده است. متلب ازجمله نرم‌ افزارهای کاربردی مهندسی هوافضا بشمار می آید، اما اختصاصی با لایسنس گران است و محدودیت‌هایی نسبت به پایتون دارد که این امر باعث جذب توجه مهندسان به پایتون شده است. در این مقاله، هدف آموزش پایتون برای مهندسان هوافضا و استفاده از آن در حل مسائل مهندسی است.

پایتون و مزیت‌های آن

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی همه ‌منظوره است که برای پروژه‌های کوچک تا بزرگ قابل استفاده است. شرکت‌های معروفی مانند دراپ ‌باکس، اینستاگرام و اینستاکارت در بخش‌هایی از کدهای خود از پایتون بهره می‌برند. این زبان سه ویژگی مهم دارد: رایگان بودن، خوانایی بالا و «باتری سر خود» بودن (batteries-included)، که به این معنا است که اکثر ابزارهای مورد نیاز در خود زبان گنجانده شده است. در مهندسی هوافضا، کدهای پایتون معمولاً به ‌طور واضح و شبیه به زبان انگلیسی نوشته می‌شوند، به ‌طوری‌ که می‌توان شبه ‌کدها را به ‌راحتی به کد تبدیل کرد.

مزایای پایتون به صورت کلی به صورت زیر است:

1. رایگان بودن: پایتون به صورت رایگان در دسترس است.

2. خوانایی بالا: کدهای پایتون به ‌طور شفاف و مشابه به زبان انگلیسی نوشته می‌شوند.

3. باتری سر خود (batteries-included):اکثر ابزارها و کتابخانه‌های مورد نیاز در خود زبان گنجانده شده است.

4. دامنه وسیع کتابخانه‌ها: پایتون کتابخانه‌های زیادی دارد که می‌توان آن‌ها را بارها استفاده کرد.

5. متن‌ باز بودن: پایتون متن ‌باز است و می‌توان از کتابخانه‌ها و فعالیت‌های دیگران بهره برد.

6. سیستم مدیریت پکیج :pip با استفاده از دستور pip می‌توان کتابخانه‌ها را به راحتی نصب کرد.

7. پشتیبانی از روش‌های عددی :از کتابخانه‌هایی مانند Numpy برای روش‌های عددی پیشرفته بهره‌برداری می‌شود.

8. تبدیل ساده کدهای متلب به پایتون :کتابخانه Numpy راهنمایی برای تبدیل سینتکس‌های متلب به پایتون ارائه می‌دهد.

کاربرد هوش مصنوعی و پایتون در مهندسی هوافضا

ضرب ‌المثل معروفی وجود دارد که می‌گوید: "اگر به کسی ماهی بدهی، او را برای یک روز سیر می‌کنی و اگر به او ماهیگیری بیاموزی، او را برای یک عمر سیر خواهی کرد." در دنیای مهندسی هوافضا، آموزش برنامه‌نویسی با پایتون دقیقاً مانند آموزش ماهیگیری نیست. این آموزش به مهندسان کمک می‌کند تا روش‌های بهینه‌ای برای حل مشکلات پیچیده انتخاب کنند. در حالی که پایتون ممکن است همیشه بهترین انتخاب در برخی زمینه‌ها نباشد، اما در بیشتر موارد گزینه‌ای دوم مناسب است که در بسیاری از موارد از بهترین گزینه‌ها در برخی حوزه‌ها برتر است.

پایتون در مهندسی هوافضا به عنوان زبان برنامه‌نویسی همه‌کاره شناخته می‌شود که می‌تواند در زمینه‌های مختلفی مانند ضبط داده‌ها، تحلیل داده‌ها، نمایش نتایج، ذخیره‌سازی داده‌ها، انتشار اطلاعات در وب‌سایت‌ها و ارسال آن‌ها از طریق ایمیل استفاده شود. به کمک پایتون می‌توان مدل‌سازی‌های پیچیده‌ای انجام داد و محاسبات مرتبط با پرتاب راکت‌ها، مختصات ایرفویل‌ها، و تحلیل فشار دینامیکی را به سادگی پیاده‌سازی کرد.

یکی از کاربردهای برجسته پایتون در مهندسی هوافضا، رسم گراف‌های مربوط به میزان تراست در دسترس و تراست مورد نیاز برای هواپیمای ایرباس Airbus A321 است. این فرآیند به وضوح نشان می‌دهد که چگونه پایتون می‌تواند به راحتی معادلات پیچیده را پردازش کرده و نتایج را به صورت گرافیکی نمایش دهد.

هوش مصنوعی (AI) در طی بیش از 60 سال گذشته فراز و نشیب‌های زیادی را تجربه کرده است و امروزه به یکی از پرکاربردترین فناوری‌ها تبدیل شده است. در صنعت هوافضا، AI برای افزایش دقت، کاهش هزینه‌ها و بهبود کارایی در فرآیندها به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. پایتون به دلیل پشتیبانی از کتابخانه‌های هوش مصنوعی مانند TensorFlow، Keras  وOpenCV، یکی از محبوب‌ترین زبان‌ها برای پیاده‌سازی پروژه‌های AI است.

تصویر

برخی از کاربردهای هوش مصنوعی در مهندسی هوافضا عبارتند از:

• پردازش تصاویر ماهواره‌ای :پردازش داده‌های تصویری ماهواره‌ای با استفاده از تکنیک‌های یادگیری ماشین و بینایی کامپیوتری

• هدایت و کنترل پهپادها :استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای هدایت پهپادها و کمک به انجام ماموریت‌ها

• پیش‌بینی تأخیر پروازها :استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی و مدیریت تأخیرهای پروازی

• کمک به فضانوردان :توسعه سیستم‌های هوشمند برای کمک به فضانوردان در ماموریت‌های فضایی

• ربات‌های فضایی :استفاده از هوش مصنوعی در ربات‌های فضایی برای انجام وظایف مختلف در فضا

این کاربردها نشان می‌دهند که در آینده نزدیک، هوش مصنوعی و مهارت‌های مرتبط با آن در صنایع علمی و فناوری از اهمیت زیادی برخوردار خواهند بود. یکی از اصلی‌ترین راه‌های ورود به این حوزه‌ها، آموختن مباحث یادگیری ماشین (Machine Learning) و یادگیری عمیق (Deep Learning) است. زبان برنامه‌نویسی پایتون به دلیل سادگی و پشتیبانی از کتابخانه‌های گسترده در این زمینه، به ابزاری ضروری برای توسعه مدل‌های هوش مصنوعی در مهندسی هوافضا تبدیل شده است.

در آینده نزدیک، مهارت‌های مرتبط با هوش مصنوعی به خصوص یادگیری ماشین (Machine Learning) و یادگیری عمیق (Deep Learning) از الزامات برای تمام افرادی خواهد بود که در حوزه‌های علمی و فناوری فعالیت می‌کنند. دوره‌های تخصصی در زمینه یادگیری ماشین و یادگیری عمیق، به ویژه دوره‌های مرتبط با پایتون، یکی از بهترین راه‌ها برای ورود به این حوزه‌ها است. برای تسلط بر این مباحث می‌توانید در دوره یادگیری ماشین، دوره یادگیری عمیق و یا دوره پایتون نیز شرکت کنید.

بازارکار و درآمد پایتون در هوافضا

بازار کار برای برنامه‌نویسان پایتون در حوزه هوافضا به سرعت در حال رشد است. استفاده از پایتون در طراحی و تحلیل سیستم‌های پیچیده، پردازش داده‌ها، مدل‌سازی‌های عددی و به ویژه در پیاده‌سازی الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در پروژه‌های هوافضایی، فرصت‌های شغلی متنوعی را ایجاد کرده است. متخصصان پایتون می‌توانند در شرکت‌های فعال در زمینه طراحی هواپیماها، فضاپیماها، پهپادها و حتی تحلیل داده‌های ماهواره‌ای مشغول به کار شوند. در سال 2024، میانگین درآمد مهندسان هوافضا در ایالات متحده حدود 108,000 دلار در سال گزارش شده است. این میزان بسته به تجربه و تخصص می‌تواند متفاوت باشد. برای مثال، مهندسان با تجربه کمتر از یک سال، میانگین درآمدی در حدود 76,000 دلار داشته‌اند، در حالی که مهندسان با بیش از 7 سال تجربه، درآمدی بالغ بر 160,000 دلار در سال داشته‌اند.

جمع‌بندی

در دنیای امروز، مهارت‌های برنامه‌نویسی به عنوان یک جزء کلیدی در صنایع مختلف شناخته می‌شود. مهندسان هوافضا نیز از این قاعده مستثنی نیستند. پایتون به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی همه ‌منظوره، در حوزه مهندسی هوافضا با توجه به ویژگی‌های برجسته‌ای مانند رایگان بودن، خوانایی بالا و مجموعه وسیعی از کتابخانه‌ها و ابزارها، به یک انتخاب محبوب تبدیل شده است. این زبان به مهندسان هوافضا کمک می‌کند تا مسائل پیچیده‌ای همچون محاسبات تراست، مدل‌سازی مدارها، تحلیل فشار دینامیکی و حتی پردازش داده‌های ماهواره‌ای را به راحتی حل کنند.

علاوه بر این، پایتون به عنوان زبان اصلی برای پیاده‌سازی پروژه‌های هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و یادگیری عمیق در صنعت هوافضا شناخته می‌شود. کاربردهای هوش مصنوعی شامل پردازش تصاویر ماهواره‌ای، هدایت پهپادها، پیش‌بینی تأخیر پروازها و کمک به فضانوردان، نمونه‌هایی از استفاده‌های پایتون در این صنعت هستند.

با توجه به رشد سریع استفاده از پایتون در مهندسی هوافضا، فرصت‌های شغلی بسیاری در این حوزه ایجاد شده است. به طور کلی، پایتون به دلیل سادگی، کارآمدی و قابلیت‌های گسترده‌اش در صنعت هوافضا، ابزاری ضروری برای مهندسان هوافضا به شمار می‌آید که می‌تواند به آن‌ها کمک کند تا مسائل پیچیده را به شکلی بهینه و موثر حل کنند.

نویسنده: ستاره دهقان، کارشناس ارشد مهندسی هوافضا- سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد