С какими проблемами приходится сталкиваться при разработке электроники для искусственных спутников?

73
5
1
Лучший ответ
346

Космос очень враждебная среда для электроники

Некоторые проблемы, в частности:
Компоненты должны длиться не менее 25 лет, часто больше. Это вызов любому инженеру. Миссия NASA Voyager все еще продолжается, и хотя некоторая электроника больше не работает, дела продолжаются! (Google это плз)
рассеивание тепла: нет воздуха, к которому можно было бы рассеивать тепло: все тепло должно рассеиваться с помощью проводимости и излучения, и весь процесс должен учитывать солнечные лучи. Это нельзя недооценивать - вам могут понадобиться красивые термоэлектрические пластины (эффект Пельтье) для охлаждения / нагрева компонентов при постоянной температуре.

термофотовольтаическая система - это хуже, чем кажется! оригинальная статья http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/18/5/314 - пришлите мне личку, если хотите получить к ней полный доступ.
радиационная стойкость - конструкция микросхемы - функции будут дублироваться, межсоединения (провода) будут длиннее, и вся методология проектирования будет следовать радикальной процедуре. Как показывает практика, современная практика дизайна следует двум резервным копиям. Каждая функциональность увеличивается в четыре раза, и, если все они по-прежнему не работают, существует резервный механизм, который выполняет то же самое, хотя и по-разному. Модульная конструкция также позволяет полностью обходить или отключать поврежденные схемы. Дополнительный подпроцессор решает, какой из путей ветвления все еще выполняет свои логические функции адекватным образом, путем перекрестного анализа путей данных, а также сравнения с предыдущими данными и состоянием. Очень тривиальный пример был бы сделан с логическим эксклюзивным вентилем NOR (XNOR) -> если оно ложно между выходными битами в 2 строки, это означает, что 1 бит где-то отличается, что означает ошибку.
Эта явно сумасшедшая забота о избыточности отражена в системе авионики. Например, Grumman X-29 имел 3 цифровых и 3 аналоговых компьютера, чтобы компенсировать его нестабильную аэродинамическую конструкцию (он мог потерпеть крах без небольших мгновенных компьютерных регулировок закрылков, элеронов, рулей направления и т. Д., Причина в том, что превосходные сверхзвуковые характеристики и маневренность может быть достигнута таким образом). Коммерческий самолет, построенный сегодня, также будет иметь встроенную защиту программного обеспечения (вы не сможете перевернуть самолет, даже если бы захотели). Аналогичным образом, оборудование космического класса должно быть спроектировано таким образом, чтобы отклонять команды, которые могут необратимо повредить устройство.

повреждение из-за высокого бета-распада, наблюдаемого в экспериментальном методе STEM / XEDS STEM XEDS и его результатах. Компонент представляет собой 28-нм транзистор Silicon on Insulator (вероятно, CMOS или его разновидность)

радиационная стойкость - прочные материалы - считается, что некоторые полупроводниковые материалы, такие как GaAs вместо Si, намного более устойчивы к излучению. Страница на Www
экранирование: любое практическое количество экранирования бесполезно против высокоэнергетических гамма-лучей, обнаруженных в космосе, но это хорошо для некоторых бета, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, которые наносят непоправимый вред электронике.
бесполезно ... Единственное событие (переходный ток), вызванное взрывом ионов. Проходит через канал, как горячий нож сквозь масло. Страница на Esamultimedia Packaging - по вышеуказанным причинам аэрокосмическая упаковка цельнометаллическая, с завышенной ценой (часто в 10 раз лучше, чем вы ожидаете наихудшего) и выглядит совсем иначе, чем обычные гражданские или даже военные спецификации. Само собой разумеется, что вы не найдете микроскопически пористых упаковок эпоксидной смолы.
Из Сваричевского Михаила «Современные российские военные компоненты - процессор на базе ARM Cortex M3» - также обратите внимание на позолоченные провода, керамический (белый пакет) чип на левой стороне и общий металлический корпус.
из уровней Ruggedization
Некоторые компоненты изготавливаются по индивидуальному заказу небольшими партиями, и я предполагаю, что они выбраны вручную (очень жесткий контроль качества). Другие могут быть готовыми компонентами аэрокосмического качества от любого производителя. Обратите внимание, что аэрокосмический сорт действительно означает «сливки урожая».
Печатные платы также предназначены для защиты от солнечной бури - сочетания металлических листов и нескольких слоев. Вот список одобренных ESA производителей печатных плат: вы предпочитаете более бедный компонент с меньшим количеством функций, но он будет выполнять свои функции, несмотря ни на что. бюджетирование власти очень жесткое. Ваш автомобиль может находиться вне источника энергии, который можно использовать в течение нескольких дней, поэтому убедитесь, что во всех ваших действиях достаточно встроенных режимов ожидания и серого. Убедитесь, что ток утечки минимален. Когда он выключен, он должен быть выключен. 1 мА тока в режиме ожидания может быть слишком много. есть несколько увольнений, где это возможно. если это критически важная система, такая как распределительная сеть, сделайте несколько резервных копий и даже отказоустойчивую для резервного копирования. Проверьте эти отказы и убедитесь, что они работают и не причинят больше вреда, чем принесут пользу. транзисторы и проводка дешевы. если приземлиться или исследовать другую планету, примите во внимание ксенометеорологические условия: венера имеет высокую коррозионную атмосферу PVT, ртуть действительно горячая, а ночь действительно холодная. Сатурн и Юпитер имеют массивные гравитационные притяжения, а их атмосфера плотная и жидкая. И т.д. ... Марс действительно пыльный. держать его просто глупо. Вам действительно нужна причудливая четырехъядерная система на чипе, выполненная на очень тонком узле процесса, о котором у нас мало данных о надежности? Что делать, если вы делаете собственный алгоритм для очень хорошего процессора с частотой 0,3-1 ГГц, если он выполняет свою работу? Меньшая сложность означает, что меньше вещей может пойти не так, и больше передышки, чтобы сделать это правильно. остерегайтесь припоя. придерживаться In-Au или некоторых других постоянных вещей. Вот что происходит с оловом (Sn): (моя любимая мозоль)
это было частью того, что вызвало спонтанные проблемы ускорения в автомобилях Toyota назад
Оловянные усы на куске спутникового снаряжения НАСА. Выглядит как часть блока питания, хотя я могу ошибаться.
Еще одно короткое замыкание усов

Это охватывает самый большой лот. Но это означает много испытаний и неизвестных, и это занимает больше времени, чем на самом деле

Другие:
наноматериал / полимерное покрытие от посторонних частиц? уже выполнимо
радиаторы следующего поколения и тепловые трубки со сложными внутренними парами?
экзотические сплавы для лучшего быстрого нагрева? - ESP подходит для атмосферных зондов зондов

ответил(а) 2019-11-24T19:15:22+03:00 1 год назад
38

Что ж, новые школьные подходы к спутникам должны быть очень маленькими и совмещаться с другими миссиями. Поскольку они весят всего несколько килограммов, они не стоят больших денег, чтобы начать миссию в режиме контрейлерных перевозок. Потому что они не стоят дорого, они могут быть дешевыми и одноразовыми. В этих случаях вы можете использовать обычную электронику и скрестить пальцы, чтобы они продержались несколько дней, которые им необходимы для выполнения своей миссии.

Если вы отправляетесь в старую школу и вам нужно что-то масштабное в космосе, то стоимость запуска очень высока. А это значит, что чертовски лучше продержаться как можно дольше. И в этом случае вам нужна избыточность. Запчасти со временем выходят из строя. Но если ваш маршрутизатор выходит из строя в космосе, вы не можете просто получить новый от Best Buy и подключить его. Все должно либо самоустанавливаться, либо предусматривать способы удаленного исправления. Если вам нужен один маршрутизатор, вы можете создать 3 на своей плате с некоторой электроникой, чтобы переключить тот, который вы хотите использовать.

Критическая электроника должна быть отказоустойчивой. Это означает, что каждый флифлоп заменяется 3-мя триггерами и логикой голосования. Это означает, что ваш дизайн стал в десять раз больше. Вам нужен диод на вашей плате? Вам придется использовать четыре. 2 в серии, параллельно с еще 2 в серии. Если какой-либо один диод становится коротким или разомкнутым, остальные диоды все еще действуют как диоды.

ответил(а) 2019-11-24T19:15:22+03:00 1 год назад
Ваш ответ
Введите минимум 50 символов
Чтобы , пожалуйста,
Выберите тему жалобы:

Другая проблема