Thời tiết, được điều khiển bởi hoạt động mặt trời và hiện tượng vũ trụ, đại diện cho một mối đe dọa dai dẳng và thường không thể đoán trước được cho hệ thống vũ trụ. trong số các thành phần nhạy cảm nhất là bánh xe phản ứng, các thiết bị điện tử chịu trách nhiệm về việc kiểm soát thái độ chính xác. một cơn bão mặt trời có thể làm giảm hiệu suất của chúng, gây ra sự trục trặc tạm thời, hoặc thậm chí dẫn đến thất bại vĩnh viễn, những mục tiêu nhiệm vụ gây nhiễu. hiểu được những cơ chế thời tiết xung đột điện tử do đó, thiết kế các vệ tinh, thám không gian và các phương tiện điều khiển không gian quan trọng, và các thiết kế.

Bánh xe phản ứng là gì?

Bánh xe phản ứng là những bánh xe bay được tổ chức để vận chuyển động lượng góc để định hướng tàu vũ trụ mà không cần đẩy. mỗi bánh xe gồm một bánh xe nặng được quay bởi một động cơ điện, hỗ trợ bằng cách mang theo bóng mang theo hoặc mang thêm từ tính tiên tiến hơn. bằng cách thay đổi vận tốc quay của bánh xe, tàu phản ứng với một mô-men xoắn ngang và đối diện, cho phép tốt chỉ vào kính thiên văn, ăng ten hoặc các dụng cụ khoa học.

Bánh xe phản ứng được đánh giá cao vì độ chính xác và khả năng hoạt động trong nhiều năm. Hầu như mỗi vệ tinh hiện đại, kể cả các [FLT: 0] Kính thiên văn không gian [FLT: 1), dùng bốn bánh xe để dự phòng. Công trình xây dựng bao gồm các bộ phận cơ khí và điện tử nhạy: bộ điều khiển, bộ phận mã hóa và các mạch điều khiển điện tử. Những mạch điện tử này là con đường chính dẫn đến không gian có thể gây ra lỗi.

Không gian thời tiết và ảnh hưởng của chúng trên điện tử

Thời tiết không gian bắt nguồn từ mặt trời và xa hơn nữa, các mối nguy hiểm chính bao gồm những tia sáng mặt trời, các tia hồng ngoại phóng đại (CMEs), các hạt năng lượng mặt trời (SEP) và tia vũ trụ (GCRs) tương tác với các thiết bị điện tử không gian.

Thiệt hại do phóng xạ

Các hạt proton năng lượng cao, electron và các năng lượng cực mạnh có thể thâm nhập vào khiên chắn và gây ra sự tăng cường lực lượng và sự thay đổi độ dẫn điện trong các giao thoa bán dẫn. Trong nhiều tháng hoặc nhiều năm, lượng tử bán dẫn này tăng cường, làm rò rỉ dòng điện, và thay đổi áp suất áp suất áp suất. năng lượng MOSFETET dùng để điều khiển bánh xe phản ứng đặc biệt dễ bị tổn thương. Tổng số lượng kích thích (D) là một thiết kế quan trọng để hạn chế thiết kế các nhiệm vụ chạy dài.

Hiệu ứng sự kiện đơn độc

Sự kiện đơn bị xáo trộn (SEUs) xảy ra khi một hạt năng lượng xảy ra một nút nhạy trong một mạch điện tử, bật bộ nhớ một chút hoặc gây ra điện áp tạm thời. Trong trường hợp phản ứng điều khiển bánh xe điện tử, một hệ thống điều khiển thái độ bị hỏng, khiến bánh xe quay với tốc độ không định trước, hoặc thậm chí kích hoạt một bộ điều khiển. Những sự kiện này có thể gây ra sự cố riêng lẻ (SEL) mà có thể phá hủy thiết bị nếu không có hạn. Chương trình Thời tiết [FL: 0] Chương trình Thời tiết [FL: 0] [FL: 1] [FL: 1]

Name

Những tia sáng mặt trời phát ra bức xạ điện từ mạnh mẽ qua radio, tia X và tia gamma. Nó có thể tạo ra các dòng điện trong dây nối và bảng mạch, tạo ra tiếng ồn phá vỡ các thông tin cảm biến hoặc lệnh mô- đun động cơ. Trong khi đó, bão địa lý và tương tác plasma gây ra bề mặt tàu vũ trụ và điện cực tích cực. sạc điện cực có thể giải phóng các sự kiện cung cấp điện tử, tạo ra xung điện từ động mạch điện tử phản ứng và các thiết bị điện tử.

Ảnh hưởng của nhiệt

Những luồng hạt tăng cường trong các biến cố mặt trời có thể làm tăng nhiệt độ bên trong thành phần điện tử, có khả năng rất an toàn khi hoạt động, có thể làm tăng tốc độ phát triển (thường là một bộ phim mỏng dầu hoặc mỡ) có thể giảm nhanh hơn dưới sự kết hợp của bức xạ và áp suất nhiệt, tăng ma sát và đeo.

Ảnh hưởng đặc biệt trên các động cơ điện tử

Thiết bị điều khiển động cơ của bánh xe thường là một động cơ không bàn chải phức tạp với phản hồi từ cảm biến hiệu ứng Hall hoặc bộ giải quyết. Những cảm biến này hoạt động trên tín hiệu độ thấp dễ bị nhiễu bức xạ. Thiết lập, thường được cấu tạo bởi các cuộn dây vết thương và lõi động cơ, có thể trải nghiệm những thay đổi trong sự im lặng do sự tăng cường, dẫn đến vị trí đọc sai các trục, có thể gây ra sự chuyển động không hiệu quả trong hệ thống giao thông, hoặc thậm chí là hệ thống động cơ.

Các thiết bị điện tử điện tử, như hệ thống định lượng cực tím, có thể gây ra các siêu âm rối loạn lưỡng cực (IGBTs) hoặc MOSFET trong giai đoạn ổ đĩa, dễ bị tắt điện tử đơn (SEB) khi bị ảnh hưởng mạnh. Một lỗi ở đây có thể để lại một bánh xe vô hiệu vĩnh viễn không có sức mạnh. Tương tự, các thuật toán điều khiển của bánh xe chạy trên bộ xử lý vi xử lý hay FPGAs. Một hệ thống máy tính với thái độ điều khiển có thể điều khiển nhanh nhất, ảnh hưởng đến độ ổn định của tàu vũ trụ và có khả năng đạt đến giới hạn không có thể áp dụng được nhiều đường cong hơn.

Việc sản xuất các hội nghị không miễn dịch. Sự phóng xạ có thể xuyên qua hoặc phá vỡ các thành phần trong vật liệu trong lồng và chất bôi trơn, tăng ma sát. Nó hiển thị như vẽ hiện thời cần thiết để duy trì tốc độ, giảm hiệu suất và tạo ra nhiệt. theo thời gian, sự tăng tốc này mang lại, một chế độ thất bại phổ biến trong vệ tinh lão hóa như nhiệm vụ [FLT: 0] Galia [FLT: 1).

Sự suy giảm cảm biến và sự phân chia cân bằng

Cảm biến bánh xe bao gồm bộ mã hóa tốc độ và bộ theo dõi nhiệt độ. Việc phóng đại có thể gây ra các thay đổi hay bù đắp lỗi trong chuỗi tín hiệu tương tự. Một sự chuyển đổi cân chỉnh trong bộ nhạy tốc độ có thể dẫn bộ điều khiển đến khả năng phán đoán sai vận tốc bánh xe, gây ra sự dao động trong thái độ. Việc điều chỉnh trên mặt đất thường cần phải tải lên bảng cân chỉnh mới hoặc chuyển đổi tạm thời đến chế độ điều khiển thay thế trong các sự kiện năng năng lượng mặt trời.

Giảm bớt hiệu suất và thử thách chiến dịch

Ngay cả khi không có lỗi tức thời nào xảy ra, thời tiết không gian dần dần làm giảm hiệu suất hoạt động của bánh xe phản ứng.

  • Sự chính xác chỉ ngược lại: làm cho tiếng ồn tăng lên trong tín hiệu cảm biến và kết quả mô-men xoắn không đều đưa ra sự hoảng loạn, làm mờ đi hình ảnh từ quan sát của Trái Đất hoặc các công cụ thiên văn học.
  • Nếu ma sát do phóng xạ gia tăng, bánh xe phải quay nhanh hơn để đạt được cùng mô-men xoắn, đạt đến động lượng góc tối đa sớm hơn. lực đẩy đẩy làm giảm sự chuyển động, tiêu thụ nhiên liệu và các hoạt động dễ dàng.
  • Sự sống ) thoái hóa Lubrit dưới bức xạ và xe đạp hơi nhiệt mặc, dẫn đến sự rung động gia tăng và cuối cùng co giật.
  • Việc tiêu thụ điện năng tăng ) bộ điều khiển động cơ sai lệch hoặc ma sát cao hơn sẽ thu hút thêm sức mạnh, nhấn mạnh hệ thống năng lượng tàu vũ trụ.
  • Trong cơn bão mặt trời dữ dội, những người điều hành có thể đưa tàu vũ trụ vào trạng thái an toàn, ngăn chặn những quan sát khoa học cho đến khi điều kiện tốt hơn.

Chiến thuật gây rối

Các kỹ sư sử dụng một hệ thống phòng thủ có lớp để bảo vệ các thiết bị điện tử từ không gian không có giải pháp duy nhất đủ đáng tin cậy đến từ việc kết hợp các hệ thống bảo vệ, thừa, thiết kế lỗi và lên kế hoạch hoạt động cẩn thận

Khiên chắn phóng xạ

Khi bảo vệ địa phương sử dụng nhôm, chất nhôm, hoặc chất lượng điện tử nhạy nhất, nhưng giới hạn trọng lượng có thể được thêm vào. Đối với một sự lắp ráp bánh xe phản ứng điển hình, một vàimm nhôm có thể giảm liều lượng ở bộ điều khiển vận động theo thứ tự độ lớn. Nhiều hợp chất tối ưu chứa polyethlen hay hạt dương hay hạt nhân tăng cường cả chất điện tử và nơ-ron phụ.

Sự dư dật và thiếu khoan dung

Tàu vũ trụ quan trọng mang ba hoặc bốn bánh xe phản ứng khác nhau. Ba bánh xe cung cấp toàn bộ bộ điều khiển ba trục. Trong trường hợp có một trục hỏng, các bánh xe còn lại có thể cấu hình lại. Điện tử thường thừa số, với số lượt bỏ phiếu để che đậy một sự kiện đơn. Bộ nhớ trong bộ điều khiển dùng mã sửa lỗi (CCC) để phát hiện và sửa chữa SEUs. Phần mềm có thể theo dõi các bánh xe hiện tại, tốc độ và nhiệt độ bất thường, sau đó tự động chuyển đổi phần cứng hay đạt hiệu suất điều chỉnh.

Trình theo dõi thời gian và lên kế hoạch chiến dịch

Điều khiển nhiệm vụ đặt mua dài hạn các dự báo thời tiết không gian từ các cơ quan như [FLT: 0] Trung tâm dự báo thời tiết không gian . Trước khi dự báo thời tiết trong không gian, các nhà điều hành có thể giảm dữ liệu khoa học và năng lượng điện tử không cần thiết. Trong sự kiện này, họ có thể vận hành tàu vũ trụ trong thái độ "giữ an toàn" với các tấm năng lượng mặt trời đối diện với vận tốc vừa phải.

Chọn thành phần và gây khó khăn

Sử dụng các thành phần có độ phóng xạ cứng với liều lượng cao và miễn dịch để tăng cường là tiêu chuẩn. Các nhà sản xuất như Honeywell và BAE hệ thống cung cấp các bộ xử lý và FPGAs cứng. Đối với ổ đĩa quay phản ứng, các nhà thiết kế chọn MOSFET với mức điện áp cao hơn để chịu đựng sự quá độ của SEB. Việc bôi trơn được chọn cho các thiết bị chống vi lượng thấp và bức xạ, eg, dầu tổng hợp với chất chống lại.

Kiểm tra mặt đất

Trước khi phóng, bánh xe phản ứng phải trải qua cuộc thử nghiệm phóng xạ rộng. Bảng điện tử được phơi bày với proton và xà trọng lượng để đo các phần cắt ngang của SEU và SEL. Các quy định quay được đặt ra để mô phỏng môi trường bức xạ LEO sử dụng các nguồn tương ứng với các yếu tố phân hủy và xác định các lề đáp ứng các yêu cầu nhiệm vụ.

Những hướng và nghiên cứu trong tương lai

Khi các nhiệm vụ không gian đẩy vào quỹ đạo cao hơn và dài hơn, sự bền bỉ của bánh xe phản ứng phải được cải thiện.

Thời tiết không gian sẽ luôn là một yếu tố trong thiết kế tàu vũ trụ, nhưng thông qua kỹ thuật cẩn thận và tiếp tục đầu tư vào công nghệ cứng, bánh xe phản ứng có thể duy trì vai trò thiết yếu trong việc kiểm soát thái độ chính xác trong nhiều thập kỷ sắp tới. sự tương tác giữa bão mặt trời và điện tử nhạy cảm đòi hỏi phải luôn luôn cảnh giác trên mặt đất và quỹ đạo.