האתגרים הייחודיים של בדיקות סביבתיות של לווין קטן

קבוצות לווייניות קטנות פתחו גבולות חדשים בשירותים מבוססי חלל, מכיסוי אינטרנט גלובלי ועד תצפית כדור הארץ בהתבוננות גבוהה, עם זאת, היתרונות שלהם - גודל שותפים, מחזורי פיתוח מהירים, ועלויות נמוכות יותר לכל ענישה - יוצרים אתגרים נפרדים, בניגוד לחלליות מונוליטיות גדולות, לווינים קטנים פועלים לעתים קרובות במספרים גדולים, כלומר פגם עיצוב יחיד יכול להיות מכפיל בעשרות או מאות יחידות נוספות, לוח זמנים קבוע של ניסויים קבועים עבור משימות ניסויי חשמלאיות:

בדיקות סביבתיות משכפלות את התנאים הקיצוניים שלווין יפגוש: הרטטים האלימים והרעש האקוסיבי של ההשקה, את הריק והתנודות התרמיות של המסלול, ואת הנזק המצטבר מקרינה וחמצן אטומי.עבור קבוצות כוכבים, המטרה אינה רק כדי להעפיל יחידה אחת אלא להבטיח את עקביות הייצור על פני הצי.זה דורש גישה מאוזנת:0 מאוזנת מאוזנת מפלס 1:1 אשר משלבת ניתוח קפדני, בדיקה גופנית, ובקרת סטטיסטית, ותהליך הייצור במהלך בקרה סטטיסטית.

עקרונות הליבה של בדיקות עלויות-אוויר

לפני צלילה לסוגים ספציפיים של מבחן, זה שימושי להקים את העקרונות המנחים קמפיין מבחן סביר אך אמין.המסגרת הבאה אומץ על ידי כמה חברות NewSpace ונתמכת על ידי הדרכה מארגונים כמו FLT:0 מכונים של מערכת החלל של Space Systems מעבדה (ראה פרק 1: 10).

  • (FLT:0Risk-מודע בחירת מבחן: FLT:1 לא כל האיומים הסביבתיים שווים.תוכנית יעילה עלות מזהה את מצבי הכישלונות הסבירים ביותר עבור פרופיל המשימה הספציפי (למשל, מסלול כדור הארץ נמוך לעומת העברת גיאוגרפית) ומרכזת משאבים שם. לדוגמה, לוויין במסלול סינכרוני של 500 ק"מ יחוו יותר סחף חמצן אטומי מאשר מסלול של 1000 ק"מ, אבל פחות קרינה.
  • (FLT:0) est-as-you-fly, אבל זבוב-as-test:cioFLT 1 זה עדיין מכיל max בין מאמר הבדיקה ליחידת הטיסה - בין אם בחומרים, תהליכי הרכב או תוכנה - יש צורך לתעד ולהעריך.עם זאת, עבור קבוצות כוכבים, ייתכן שיהיה מקובל על עיצוב עם בדיקה סביבתית מלאה על אחת או שתיים ל-Fret, לבצע בדיקות ייצור מופחתות על איכות, אז, כי הם מופחתים על ידי קבוצות קבלה בתנאי ניהול חזקות, אז, כי הם מספקים בדיקות איכות חזקה, אז, כי הם מבחנים, כי הם מבחנים, אז, כי הם מבחנים, אז, עבור קבוצות, עבור קבוצות מבחנים, עבור קבוצות, עבור קבוצות, עבור קבוצות, ייתכן מקובלים, עבור קבוצות, אז, עבור קבוצות כוכבים, יש אפשרות להיות מקובל על עיצוב, אז, זה יכול להיות מקובל על עיצוב עם בדיקה סביבתית, אז, אז, אז, אז, אז, עבור קבוצות מבחנים איכות חזקה, אז, אז, אז, אז, אז, אז, עבור קבוצות כוכבים, עבור קבוצות, עבור קבוצות, עבור קבוצות, ייתכן שיהיה מקובל על עיצוב עם מבחנים, זה יכול להיות מקובל על עיצוב עם זאת, אז, אז, אז, אז, אז, זה יכול
  • (FLT:0) שולי שולי רווח בחוכמה: FLT:1 Standard Practice קורא בדיקות לרמות 2-4 dB מעל מקסימום צפוי (לטטציה) או 10-15 מעלות צלזיוס רחב יותר מאשר טווח טמפרטורה צפוי.הרווחים אלה מהווים חשבון עבור אי-ודאות. עבור חיסכון בעלויות, לשקול שימוש שולי בקצה הנמוך של הסטנדרטים בתעשייה כאשר הפיזיקה של הכישלון מובנת היטב, אך תמיד לשמור על מילואים עבור תנאים לא-מסוגים.
  • (FLT:0) שילוב נתוני מורשת: FLT:1 אם הלוויין משתמש בפרסומות מחוץ ל-She-shelf (COTS) רכיבים עם מורשת טיסה בסביבות דומות, ניתן להפחית את נטל הבדיקה: "הההההחל" מהמסלול או מפרופיל המשימה שונה לא יכול לתרגם ישירות.

בדיקות סביבתיות חשובות ואסטרטגיות להפחתה

לכל מבחן סביבתי יש נהגים והזדמנויות יעילות ספציפיות ליעילות.כאן אנו בודקים את ארבעת קטגוריות המבחן המרכזיות וכיצד להתאים אותן לתקציבי קבוצות קטנות.

Thermal Vacuum (TVAC) בדיקה

בדיקת ואקום הארומית חושפת את הלוויין לתנודות הריק והטמפרטורה הקיצוניות של החלל.זה נשאר אחד הבדיקות האישיות היקרות ביותר בגלל עלות ההון של תאים גדולים, חנקן נוזלי או קירור הליום, ומשךי בדיקה ארוכים (לעתים קרובות 7-14 ימים עבור איזון תרמי מלא / מחזור ריק תרמי מלא).

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • (FLT:0) מחסניות מנורות (IR) לעומת שמיכות תרמיות מלאות: ⁇ FLT:1 עבור לווינים קטנים, באמצעות מנורות IR כדי לדמות חימום סולארי יכול להיות הרבה יותר זול מאשר לבנות שיחים מבוקרים בטמפרטורה מלאה, בתנאי שהמדיקות מאומתת.
  • (FLT:0 חלקיות בדיקת איזון תרמי: 1.10.10.1 במקום להפעיל בדיקת איזון מלאה במישורים מרובים, השתמש במבחן פשוט המכוון את הטמפרטורות מפתח בכמה נקודות קריטיות ומאמת את המודל התרמי.
  • (FLT:0) מאיץ אופניים תרמיים: FLT:1 אם הדאגה העיקרית היא עייפות משותפת מכרה או השפלה חומרית, שיעורי מחזור מהירים יותר (זמני מגורים קצרים יותר) ניתן להשתמש, כל עוד תופעות הטמפרטורה עדיין מושגות.
  • (ב) תזמון החדר:0) ,4 (FLT:1) מקורות ללווינים קטנים אחרים או באמצעות מתקני אוניברסיטאות (למשל, FLT:2 NASA's CubeSat Launch InitiativeFLT 3 מספק גישה לכמה תשתיות בדיקה) יכול להפחית באופן דרמטי את עלויות ההקצאה.

בדיקה ו- Acoustic Testing

כלי רכב שיגור מייצרים רטט אינטנסיבי ואנרגיה אקוסטית שיכולה לפגוע באלקטרוניקה, אופטיקה ומבנים מכניים. עבור לווינים קטנים, פעמוני רטט אקראיים על שולחן דקר הם סטנדרטיים. בדיקות אקוסטיות, אשר משתמש במערךים קרניים כדי לדמות רעש טילים, לעתים קרובות מוותר על לווינים קטנים מאוד (CubeSats) אם הם בפריסה כי רעש לח.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • (FLT:0) שימוש בעיצובים סטנדרטיים בקנה מידה: ההרחבה 1 (Matph 1) ), מיפוי מותאם אישית עבור כל מודל לווייני יקר. להשקיע בתיקון מותאם שיכול להכיל מספר גורמים של טפסים להפיץ את העלות על פני מספר משימות.
  • (FLT:0) Notching כדי להימנע ממבחן יתר:FearLT:1 , רמות רטט תיאורטית של כלי הרכב ההשקה הן לעתים קרובות שמרניות.על ידי מדידה של מאיצים בממשק החללית ו "השטיגה" (הפחתת) רמות קלט בתדרים חוזרים, אתה נמנע מפגיעה החללית תוך כדי הוכחה של שווי טיסה.זה דורש ניתוח עומסי זוג (CLA) אבל יקר יכול למנוע עיצוב מחדש.
  • (FLT:0)Proto Flight vs. הסמכה + קבלה: ההרחבה 1 (For Individual לוויינים קטנים, מבחן חד פעמי (רמות של איחוד על יחידת הטיסה עצמה) היא נפוצה.עבור קבוצות, זה עלות יעיל להפעיל מבחן הסמכה מלא על יחידה אחת, ולאחר מכן בדיקות ברמת קבלה (בדרך כלל -6 dB) על פני השאר.

בדיקות קרינה

סך המינון (TID) ואפקטי אירוע יחיד (SEE) מקרינת חלל יכול לגרום פרמטר סחף או latch-up קטסטרופלי בדיקות לרמות הטיסה לעתים קרובות דורש מאיץ חלקיקים יקרים או מקורות gamma. עבור לווינים קטנים, אשר לעתים קרובות להשתמש רכיבי COTS, העלות של בדיקות קרינה יכול לעלות עלות הרכיב.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • (FLT:0)Use של סימולציות של קרינת קרינה: FIRLT:1 כלים כמו GEANT4 או FASTRAD יכולים להעריך מנה בכל רכיב.עבור משימות קטנות רבות, זה מספיק כדי לבצע סימולציה מפורטת ורק רכיבי בדיקה שעולה על סף פגיעת (למשל, 10 krad).
  • (FLT:0) קרינת רכיב נתונים ממאגרי מידע ציבוריים: OVAFLT:1 משאבים כמו FLT:2 NASAA השפעות קרינה וניתוח קבוצות ניתוח של נאס"א 3 או מסד הנתונים של ESA SEE לספק נתונים לבדיקת עבור חלקים מסחריים רבים.
  • (FLT:0) בדיקות אירוע משנה עם לייזרים במקום בצל כבד:FLT:1 Pulsed לייזר בדיקות יכול במהירות לאתר אזורים רגישים ב- IC ללא עקרבה.
  • (FLT:0) בדיקת רכיב רבים: FLT:1 אם לווייניים מרובים משתמשים באותו רכיבים מאותו תאריך הרבה, בדיקת דגימה של אותו הרבה (למשל, 5 חלקים) מספק אמון סטטיסטי ללא בדיקה של כל חלק.

תאימות אלקטרומגנטית (EMC) בדיקות

בדיקות EMC מבטיחות כי תת-מערכת לא מפריעה זו לזו (הרשות) וכי הלוויין יכול לסבול התערבות חיצונית (ראייה) עבור לווינים קטנים, עריכתם ומקרי פליטה מוקרן בחדר מוגן הם סטנדרטיים.העלות מונעת על ידי מתקן הבדיקה והזמן.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • (FLT:0) בדיקות תאימות: ההרחבה 1 (FLT:1) במקום לשכור מעבדה של צד שלישי EMC, מפתחי לווין קטנים רבים מבצעים סריקות לפני שיתוף פעולה באמצעות מנתחי ספקטרום ובדיקות ליד שדה.זה מספיק כדי לזהות את רוב בעיות ההתערבות ניתן לעשות בבית.
  • (FLT:0)Focus בתדרים קריטיים:FLT:1 Test רק להקות תדירות רלוונטיות לתקשורת של הלוויין, ממירי חשמל, ועומס תשלום. להימנע מטאטא את כל הספקטרום מ 30 הרץ עד 40 GHz אם לא נחוץ.
  • (הופנה מהדף HFSS): 0 (Use ofסימולציה (למשל, CST, HFSS): מודל של הסביבה האלקטרומגנטית יכול להפחית את מספר הבדיקות הפיזיות.

תכנון קמפיין מבחן שלב

תוכנית בדיקה מאורגנת היטב היא סלע של אימות סביבתי יעיל עלות.במקום קמפיין אחד במבחן מונוליטי בסוף, לשבור בדיקות לשלבים התואמים עם לוח הזמנים של הפיתוח.זה מאפשר זיהוי מוקדם של בעיות ולהפחית עלויות עבודה מחדש.

שלב 0: Analytical Pretest (עיצוב ואיחוד)

לפני כל חומרה בנויה, השתמש בסימולציה כדי להגדיר את דרישות הבדיקה.מודלים אלמנט פינט (FEM) עבור רטט, מודלים מתמטיים תרמיים, וקודי תחבורה קרינה יכולים לצמצם את היקף הבדיקות הפיזיות.המטרה היא לענות:0 (מה הוא המינימום של בדיקות פיזיות הדרושות כדי לאמת את המודלים שלנו?) שלב זה כולל גם הגדרת קריטריונים קבלה ורמות שוליים.

שלב 1: בדיקות רלוונטיות

בדוק את הרכיבים המסחריים המסוכנת ביותר באופן אישי: חלקי קרינה רגישים, מגברי חשמל, ומנגנונים ניתנים לפרוס. מנגנונים.בדיקות Component זולים יותר ממבחנים ברמת המערכת ומאפשרים החלפת רכיבים לפני האינטגרציה.

שלב 2: בדיקות סוביסט-רמה

מרכיבים לא חוקיים לתוך תת-מערכות (למשל, מערכת חשמל, בקרת גישה, תשלום) וביצוע רכיבה תרמית ורטט ברמות מופחתות.זה מאוד יעיל עבור תת-מערכות משותפות על פני קבוצה, כמו עיצוב אחד נבדק ניתן להשתמש מחדש.

שלב 3: מבחן P-Level Proto Flight Test (אחד יחידה)

בחר לוויין נציג אחד מן הראשון לבנות הרבה וכפוף לו למבחן הסביבתי ברמה מלאה: ריקיק תרמי, רטט, קרינה (אם אפשר), ו- EMC. יחידה זו "הטיסה" הופכת לאמת העיצוב.

שלב 4: קבלת בדיקות עבור יחידות ייצור

כל יחידת טיסה מאוחרת עוברת קבוצה מופחתת של בדיקות קבלה - באופן זמני רכיבה תרמי על לחץ הסביבה (או מהירות TVAC עם פחות מחזורים), רטט אקראי ב -6 dB, ובדיקה פונקציונלית.המטרה היא לתפוס פגמים בעבודה, לא כדי לתקן את העיצוב.

מינוף סימבול ו- Digital Twins

הכלי החזק ביותר לסדרת לווינים קטנים הוא התאום הדיגיטלי - העתק וירטואלי של הלוויין שיכול לדמות תגובות סביבתיות.תאום דיגיטלי הקשור היטב יכול להפחית את מספר הבדיקות הפיזיות ב-30-50%, על פי כמה מחקרים במקרים של התעשייה.

יישומים מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) תחזית התגובה של ויברציה: FLT:1hil השתמש FEM כדי לחזות תדרי התחדשות ורמות לחץ.אם דיוק המודל הוא בתוך 10%, אתה יכול לדלג על מבחן הסקר הפיזי של מודולים עבור יחידות מאוחרות יותר.
  • (FLT:0) התאם מודל המילולי: FLT:1hil (לאחר בדיקת איזון תרמי אחד, ניתן לכוון את המודל בתוך 2- °C, המאפשר לבצע בדיקות תרמיות קבלה בתא תרמי ללא ריק עבור יחידות מעקב.
  • (FLT:0)Radiation Transport Optimization: FLT:1hil השתמש בסימולציות מונטה קרלו כדי לקבוע את עובי מגן הכרחי, שעלול לחסל את הצורך במבחן TID מלא על חומרה הטיסה.

עם זאת, סימולציה אינה חופשית.העלות העליונה של פיתוח מודלים ואימות חייבת להיות בהשוואה לחיסכון.עבור קבוצות של 10+ יחידות, ההשקעה בדרך כלל משלמת; עבור אחד מהקוביות, גישות פשוטות יותר עשויות להיות יותר כלכליות.

בדיקות משותפות ומתקני משותף

קהילת הלווין הקטנה פיתחה מספר מודלים שיתופיים כדי להפחית את עלויות הבדיקה.לדוגמה, תכנית הניסוי של נאס"א קטנה של מבחן קופות (Ternel:0NASA SmallSat Test FacilityFLT:1) מציעה שיעורים מופחתים עבור משתמשים ממשלתיים ואקדמאיים.

מגמה נוספת היא השימוש ב"מתפרקים" המשלבים מספר לווינים קטנים בקמפיין מבחן יחיד.לדוגמה, תא TVAC יכול להחזיק 10 CubeSats בבת אחת, חלוקת העלות באותה מידה.זה עובד היטב כאשר שותפים יש פרופילים תרמיים וממשקים דומים.

מסקנה

תכנון בדיקות סביבתיות יעילות עבור קבוצות לוויין קטנות הוא תרגיל ב התפלגות משאבים חסכונית:0intelligent הקצאה הקצאת משאבים FLT:1 .לא נוסחה אחת מתאימה לכל המשימות; תוכנית הבדיקה האופטימלית ממאזןת את ההסתברות של כישלון נגד עלות הבדיקה.על ידי מתן בדיקות המבוססות על סיכון ספציפי למשימה, באמצעות סימולציה כדי להפחית את היקף הבדיקה הגופני, ולשתף פעולה עם מפתחים משותפים, יכול להשיג אמינות גבוהה ללא מגבלות תקציב.

העתיד מצביע על שילוב גדול יותר של תאומים דיגיטליים, למידת מכונה לחיזוי אנומלי, ופרוטוקולים סטנדרטיים למבחנים עבור קבוצות כוכבים.עבור עכשיו, העקרונות המתוארים כאן - בחירה בעלת מודעות בסיכון, בדיקות שלב ושימוש חכם במורשת - נשארים הנתיב אמין ביותר להשיק צי אמין ביותר של לווינים קטנים.