חשיבותם של מערכות אלקטרוניקה ולוויינים

חוסר התאמה אלקטרומגנטית בעיצוב חללי ולוויינים

תאימות אלקטרומגנטית (EMC) היא משמעת יסוד בתכנון, שילוב והפעלה של מערכות אלקטרוניקה ולוויינים חלליות.כל תת-מערכת אלקטרונית על לוויין - משליטה והנתונים טיפול בתקנה כוח, בקרת גישה, ועומס תשלום - חייב להתקיים יחד ללא דה-הנדסה של מערכת אלקטרומגנטית אחת לשנייה, תוך כדי שיבושים חמורים יותר של מערכת אלקטרומגנטית של חלל, שבו אין אווירה של פליטות קרינה ופעולות סולאריות, ולא גורמות להפרעות יעילות אחרות, כמו גם להפרעות יעילות יותר, כמו גם ל-EMC, היא רק להפרעות קריטיות (אך ורק להפרעות יעילות).

מה זה תאימות אלקטרומגנטית (EMC)?

EMC מתאר את היכולת של מערכת אלקטרונית לפעול כפי המיועד בסביבה האלקטרומגנטית שלה מבלי להציג הפרעות אלקטרומגנטיות בלתי נסבלות לכל דבר בסביבה זו.יש לו שני היבטים משלימים: FLT:0חיסונים:0.0 (היכולת להתנגד להתערבות ממקורות חיצוניים) ו-FLT:2;2) , 000 של ניהול קפדני של מערכת ניהול נתונים, ללא הפרעה מוגדרת אחרת, הוא מסוגל לעבור ניתוח מאובטח של מערכת הפעלה אוטומטית, אך לא יכול להיות בעל תפקוד קבוע של תפקוד אחד, אלא פונקציה מדעית, אך לא יכול להיות בעל תפקוד קבוע, ללא תפקוד קבוע של מערכת הפעלה קפדנית של מערכת ניהול, אלא פונקציה אחת, אלא פונקציה אחת, אשר אינה מספקת של מערכת ניהולית, ללא תפקוד חד-מכה, ללא תפקוד חד-מנקה, ללא תפקוד חד-מנקה, אלא פונקציה מדעית, ללא תפקוד קבוע, אלא פונקציה אחת, אלא מערכת ניהולית, ללא תפקוד חד-עוצמה גבוהה, ללא תפקוד חד-עוצמה אחת, ללא תפקוד חד-עוצמה, ללא תפקוד חד-עוצמה אחת, ללא תפקוד חד-עוצמה גבוהה, ללא תפקוד קבוע, ללא תפקוד קבוע, ללא תפקוד קבוע, ללא תפקוד חד-עוצמה, ללא תפקוד חד-עוצמה, ללא תפקוד חד-עוצמה, אשר יכול להיות בעל תפקוד חד-עוצמה אחת, אשר מאפשר, אלא מערכת הפעלה

בהקשר של לווינים, EMC חייב להיחשב מרמת הרכיב (מעגלים מתוחכמים, מחברים) דרך הלוח, יחידה, תת-מערכת ורמת חלל מלאה.הסביבה האלקטרומגנטית בתוך לוויין מעוצבת על ידי פולטים מכוונים (מדרים מטלמטאריים, תופעות מכ"ם אלטרים, קישורים בין-סוליים) ומקורות לא מכוונים (מכת ציוד חשמל, שעונים דיגיטליים, נהגים, אלקטרוליטיים, כמו גם חומרים מגנטיים, או חומרים מגנטיים אחרים, כמו גם כן, או מגנטיים).

מדוע EMC הוא חיוני עבור חללים ולוויינים

Spacecraft הם בין הפלטפורמות הצפופות ביותר מבחינה אלקטרומגנטית שנבנו אי פעם. לוויין תקשורת מודרני עשוי להכיל מאות להקות תדר רדיו (RF), אלפי קווי נתונים דיגיטליים, ועשרות ממירי חשמל - כולם פועלים בתוך כמה מטרים מעוקבים.ללא שליטה EMC קפדנית, ההתערבות המתקבלת עלולה לגרום לשגיאות קטנות בקישורים פיקודיים, גרימת שווא של חיישנים, שחיתות של נתונים מדעיים, או אפילו נצ'ט בתופעות רגישות במעגלים משולבים.

הגנה על מכשירים רגישים

לווייני בקרה מדעיים וכדור הארץ נושאים כלים רגישים מאוד: מגנטים המדיקים שדות ברמת פיקטלה, טלסקופי רדיו שמזהים אותות קוסמיים קלים, מדרומי ביניים שמסתמך על קוהרנטיות בשלב, וספקטרומטרים הדורשים רצפות נמוכות של רעש, ולכן מכשירים אלה רגישים באופן טבעי להפרעה מהחלפת ציוד חשמל, אוטובוסים דיגיטליים, שידורים על אותה חללית קלאסית, ולכן יש צורך במיקרומטרים, במיוחד, על ידי מגנטיים, על ידי קווי חשמל מסוג זה מכבר, אפילו על ידי מגנטיים, על ידי מגנטיים, על ידי קווי חשמל מגנטיים, אשר נמצאים במרחק של כלי מגנטיים.

אמינות תקשורת וקישור Margins

דאלינק, uplink ותקשורת crosslink הם קווי החיים של הפרעה בתדר רדיו לווייני (RFI) יכול להגדיל את שיעור השגיאה bit (BER) של קישור טלמטרי, להפחית נתונים יעילים באמצעותput, או לגרום לאובדן נעילה עם תחנת קרקע.במקרה הגרוע ביותר, משדר מטען בעוצמה גבוהה עשוי להפחתת הביצועים של הלוויין עצמו, וכתוצאה מכך אובדן קבוע של מקלט אלקטרונים, כדי למנוע את אותה תדירות של קבוצות מסחר אלקטרוניות, כדי להבטיח את כל אלה על ידי פילטרים מנוהלים באמצעות מזהמים באמצעות מזהמים של התקני מסחר אלקטרונים מאובטחים מאובטחים, כגון אלה, כגון מזהמים, כגון מזהמים, כדי להבטיח את כל מזהמים, כדי להבטיח את ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ה, על ידי מזהמים, כדי להבטיח את כל מזהמים סטנדרטיים סטנדרטיים על ידי מזהמים, על ידי מזהמים, 000 מזהמים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, כדי להבטיח את ה-ידי התקני מזהמים, כגון מזהמים סטנדרטיים מאובטחים מאובטחים מאובטחים מאובטחים מאובטחים של מערכות הפעלה מאובטחים מאובטחים על ידי מזהמים, כגון מזהמים, 000 מאובטחים מאובטחים על ידי מזהמים מאובטחים, כדי למנוע את ה-ידי מערכת הפעלה סטנדרטיים, כגון מזהמים מאובטחים

מערכת חשמל יציבות וממירה EMC

מערכות כוח לווייני מסתמכות על DC-DC ממירים, הרגולטורים של טעינת סוללות, ועוקבים מנקודות כוח מקסימליים המתגמלים בתדרים מעשרות kHz למספר MHz. מעגלי מעבר אלה הם מקורות ידועים לשמצה של עריכת ורדיו EMI ללא סינון הולם, מעבר הנחתים מזיקים יכול להיות זוג לתוך מעגלים אנלוגיים ו-RF. בנוסף, הקלט של החלפת שיתוף פעולה יכול אינטראקציה עם הכוח הנוכחי, גורם ל-PTS באופן קריטי, כלומר, כדי להפיץ טלוויזיות הפעלה, או לצמצום של מערכות הפעלה אלקטרו-מערכת הפעלה, או לצמצום של מערכות חשמל קריטי, כלומר, כלומר, כלומר, אלקטרוניקה.

בקרת קונטינציה ומערכת ההנעה

חלליות מודרניות לעתים קרובות להשתמש במערכות הנעה חשמלית (למשל, משחתות הול, מנועי יון) המייצרות מתחים גבוהים וזרמים ומייצרות מפלטזמה (ד) מערכות אלה יכולות ליצור שדות אלקטרומגנטיים חזקים, לגרום לטעינה חלליות וליצור רעש מתמשך בחזרה לתוך האוטובוס הראשי.החלל יכול גם לשאת מעקבים רגישים של כוכבים, גירוסקופים, וגלגלי תגובה רבים הראו כי ניתן להפריע לחיישנים הנעה חשמלית עם טיפול לא מתאים ל-ידיים, אם הם לא כוללים חיישנים רגישים של טיפול ב- EMC.

מקורות של התערבות אלקטרומגנטית בסביבת החלל

הבנת מקורות EMI - הן פנימיים והן חיצוניים - חיונית לתכנון EMC יעיל. מקורות פנימיים כוללים:

• (ב) ⁇ :0) הפעלת כוח ממירים ממירים 1FLT:1 - Buck, להגביר, לטוס, משוחררי כוח resonant כל לייצר מעוות שבוצעו ורדיו הרמוניות בתדרים שלהם ורבות.
• (FLT:0) שעונים דיגיטליים וקווי נתונים מהירים (FLT) 1 - מעבדים, אוטובוסים זיכרון, קישורים סידוריים (למשל, SpaceWire, LVDS) קורנים בתדרים היסודיים וההרמוניה שלהם.
• (ב) ,0) ,RF משדרים מדרדרים (FLT:1) - בעודם בכוונה, הכוח הגבוה שלהם יכול לגרום למקבלי ניכוי אם בידוד וסינון אינם מספיקים.
• (FLT:0Motors and ActuatorsFLT:1) - גלגלי תגובה, מנועים של מטר וגימיבל מייצרים רעש פס רחב ממשלוח ו- PWM Drive.
• (ב) ⁇ :0) הפרשות הפוטוסטיות (ESD) ,REFLT:1) - טריבואלקטריות טעינה על מערך סולארי או שמיכה תרמית עלולה לגרום לקשתות שמייצרות נזק גופני רחב.

מקורות חיצוניים כוללים:

• (FLT:0) פרץ רדיו סולר ורעש קוסמי: 1) תופעות טבעיות יכולות להציג הפרעה רחבה כי חללית חייבת לסבול.
• (FLT:0)Spacecraft הטעינהFLT:1 - טעינה שונה של פני השטח בסביבה פלזמה יכולה להוביל קשתות והפרעות שבוצעו.
• (FLT:0) השוואות מלווינים אחרים (FLT:103) רלוונטי במיוחד במסלול נמוך-אדמה צפופה (LEO) עם קבוצות כוכבים וקצאות תדרים משותפים.
• (FLT:0Ground- מכ"מים ו- UplinksveFLT:1) - מערכות מכ"ם בעוצמה גבוהה יכולות להתחבר למקלטים רגישים אם לא מסונן כראוי.

תקני EMC ותקנות עבור מערכות חלל

(הביצועים של EMC, סוכנויות חלל ומפעילים מסחריים פיתחו סטנדרטים קפדניים.המצוחים ביותר הם (FLT:0ECSS-E-ST-20-07CIRFLT:1 (התאימות לחשמל), שמקורן בסוכנות החלל האירופית (ESA) במדינות ארצות הברית, FLT-202MIL-STDSTD61GFLT 3 ו-F4R:2DR.

אחריות לסטנדרטים אלה אינה אופציונלית; היא דרישה חוזית לכל חומרת הטיסה.הסטנדרטים גם לטפל ב- EMC ברמת המערכת, כגון אימות כי החללית המשולבת עומדת בשולי של לפחות 6 dB נגד ההידרדרות בביצועים. מפעילי לוויין מסחריים מאמצים יותר ויותר את הסטנדרטים הללו כבסיס כדי להבטיח יכולת בין-מערכתית ולהפחית את הסיכון להפרעות בין לוויינינים בקבוצת הכוכבים.

אסטרטגיות להשגת EMC במערכות חלל

EMC חייב להיות מתוכנן מההתחלה; רטרופיפט הופך יקר מאוד ולעתים קרובות בלתי אפשרי בתצורת הטיסה. להלן אסטרטגיות הליבה בשימוש בחומרה חלל.

מגן מגן

חסימת היא השיטה הישירה ביותר להכיל פליטות ולהגן מפני שדות חיצוניים. Enclosures עשויים מחומרים מוליכים (aluminum, נחושת או ⁇ s) משמשים עבור יחידות רגישות.היעילות של מגן מאופיינת על יעילות המגן שלה (SE) ב dB. עבור יישומי חלל, יושרת הים היא קריטית - כל פער, מזל, או מצורף גרוע יכול לגוון באופן חמור את האצבע, חסימת, ומדיקים, הם בדרך כלל מגנים על פני שטח.

סינון

סינון מפחית פליטות לא רצויות מעודכנים ומשפר את החסינות.הזנת דרך מסננים נפוצים בקלטות כוח יחידה כדי לדכא רעש גבוה קידוד לפני שהוא מתפשט על אוטובוס כוח החללית. Common-mode ננקטים על קווי נתונים כדי להגביר את זרמי התמותה הנפוצים ללא תכנות אותות שונים של פחמן, כדי לספק יציאות RF, מסננים עקפיפות נמוכות, ו cavity משמשים כדי לדחות את הדירוג של הסביבה המגנטית חייב להיות חסימת לחץ דם.

ריצוף ו-Beling

ריצוף נכון הוא אולי ההיבט המורחב ביותר של EMC. מטוס קרקע נמוך-סרפסציה - בדרך כלל החללית כאסאסה או מטוס קרקע ייעודי - מספק התייחסות לכל האותות ונתיב החזרה לזרמים.אסטרטגיות קרקעיות כוללות חד-פעמיים חד-פעמיים לדרגים נמוכים ומולקולנועים מרכזיים עבור תדרים גבוהים.

מיקום PCB ו-Liout

ברמת המעגל המודפס (PCB) רמת, מיקום רכיב משפיע ישירות על EMC. מכשירים דיגיטליים מהירים במהירות גבוהה צריך להיות ממוקם הרחק ממחברי חשמל קלט. oscillators קריסטל ואת עקבותיהם צריך להיות מבודד.שימוש של מטוסים אנלוגיים ודיגיטליים נפרדים, מחובר רק בנקודה אחת, מונע רעש דיגיטלי מפני אותות אנטנה משותף.

בחירה חומרית

חומרי Spacecraft חייבים לעמוד בדרישות מבניות ו-EMC.ציירים, ציפויים והקלטות משמשים מבנים מורכבים כדי לספק משטח התנהגותי.שמיכות הירומאליות לעתים קרובות יש שכבת התנהגות (למשל, ITO-coated Kapton) כדי למנוע בנייה סטטית מטען ולהפחית חומרים insulation משותף נבחרים עבור גזים נמוכים והימנעות ממתכת לשימוש מתכות רכות.

בדיקה ואימות של EMC

בדיקות EMC מבוצעות ברמות מרובות: רכיב, יחידה, תת-מערכת, ומערכת. Testing עוקב אחר הסטנדרטים שהוזכרו לעיל ובוצע בתאי מגן מוסמך.

• (ב) ,0) ,התמדה על קווי חשמל ולעתים קווי אות כדי לאמת אותם הם מתחת למגבלות המפורטות.
• (ב) ,0) ,Radiated פליטות פליטות פליטות (FLT:1) - שימוש באנטנות כדי למדוד את שדות החשמל והמגנטיים שקרינה על ידי הציוד.
• (ב) [15] ,9) ,הכניסו רעש על קווי חשמל כדי לבדוק חסינות.
• (FLT:0) רגישים רגישים (FLT:1) - חשיפת הציוד לשדות RF גבוהים (למשל 20 V/m עד 40 GHz) כדי להבטיח לא הידרדרות בביצוע.
• (ב) ,0) בדיקות מושכות (FLT:1) - החלת הפרשות אלקטרוסטטיות ל-Assassis או נקודות נגישות.
• (ב) ⁇ :0 System-Level (EMCFLT) 1 - לאחר שילוב, החללית כולה נבחנת בתא גדול של nechoic.זה מעיד כי שום תת-מערכת לא מפריעה לשוליים נוספים שאינם מקובלים.

רמות הבדיקה עולות לעתים קרובות מעל הסביבה הצפויה לספק שולי (בדרך כלל 6 dB עבור יישומים צבאיים ומרחביים). כשלי מבחן ניתחו, ופעולות תיקון מיושמות ו reverified לפני אישור הטיסה.

אתגרים ייחודיים לסביבה החלל

בעוד עקרונות EMC על פני כדור הארץ עוברים לחלל, כמה גורמים גורמים הופכים את האתגר קשה יותר:

• (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0)Plasmave אינטראקציותFLT:1 - במסלול כדור הארץ נמוך ומסלול גיאוסטציונרי, החללית אינטראקציה עם פלזמה מכוננת, אשר יכול לשנות את האימפולס של אנטנה ולגרום לטעינה שונה.
• (FLT:0)Radiation אפקטיםFLT:1 - סך המינון ואפקטים חד-לשוניים יכול לגרום לשינויים במאפיינים של רכיב, כגון זרם הדלפה מוגבר, המשפיע על ביצועי מסנן או לגרום לנצ'up שיוצר הפרעה זמנית.
• (FLT:0) המסה והכוח של LT:1 - כל קילוגרם ווואט הוא יקר.מגן וסינון תוספת מסה; דיכוי EMC פעיל מוסיף כוח.מהנדסים חייבים להתאים את עצמם כדי לפגוש הן EMC והן SWaP (Size, משקל וכוח) מגבלות.
• (FLT:0) אין גישה לשינויים ב-1:1 - לאחר שהושק, אין לבצע התאמות.עיצוב EMC חייב להיות אחראי על ההידרדרות הגרועה ביותר על חיי משימה של 15+ שנים.

מגמות עתידיות ו-EMC ב- Modern Constellations

העלייה של קבוצות לווייני גדולות (Starlink, OneWeb, Kuiper) מציגה אתגרים חדשים של EMC: התערבות הדדית בין אלפי חלליות הפועלות במסלולים מעוקלים, פליטות גבוהות יותר ברמת המערכת בשל אלקטרוניקה צפופה על גבי לוח, ואת הצורך בהפרעות אוטומטיות של סוכנויות קבלת החלטות EMC נוספות, המגמה לעבר לוויינים בקנה מידה הדוק (CubeSats, PocketQubes) פירושה צמצום עצום, שבו לא ניתן לקחת רכיבים אוטומטיים עבור EMC עבור מערכות אבטחה אוטומטית (מתקני ניווט).

אזור מתפתח נוסף הוא השימוש בתקשורת אלחוטית בתוך החללית (ללא שטף, קישורים תוך-סוליטים) כדי להפחית את רתום המסה ולפשט אינטגרציה.מערכות כאלה מציגות פולטי RF מכוונים בתוך הלוויין, הדורשים אפילו יותר תיאום EMC. לבסוף, פיתוח של הנעה חשמלית ומסופי תקשורת לייזר בעוצמה גבוהה ייצור משטרים חדשים של EMC כי התקנים הנוכחיים עשויים לא לכסות באופן מלא.

מסקנה

תאימות אלקטרומגנטית היא דרישה בלתי ניתנת להשגה עבור הפעולה הבטוחה והאמין של חלליות ולוויינים.זה נוגע בכל תת-מערכת, מהחיישן הקטן ביותר לאנטנה הגדולה ביותר.Achieving EMC דורש גישה הנדסית ממושמעת מן השלב המושגי המוקדם ביותר דרך שילוב ובדיקה.על ידי יישום אסטרטגיות מוכחות - הגנה, סינון, השקעה, פריסה, זהירות, ובדיקה קפדנית בהתאם לסטנדרטים כגון ECSS-EST, כמו פיתוח מערכת ניהול של פיתוח של פיתוח של פיתוח של פיתוח של טכנולוגיות איכות חיים ו-R.