Giới thiệu: Thử thách điện từ trong việc kiểm soát thái độ không gian chính xác

Bánh xe hoạt động là những con ngựa làm việc của khả năng điều khiển thái độ tàu vũ trụ, cho phép độ chính xác tốt về kính thiên văn, ăng ten giao tiếp và các thiết bị khoa học mà không cần đẩy. Hoạt động của chúng là dựa trên sự bảo tồn của động cơ góc: một động cơ điện quay một động cơ quay và tốc độ cao có thể tạo ra một sự phóng xạ điện từ. Trong khi khái niệm này là tính đơn giản, việc thực hiện thực tế đưa ra một thách thức kỹ thuật quan trọng: nhiễu điện tử (EMI). Mỗi mô phỏng bánh xe điện tử chứa các động cơ, điện tử và các thành phần quay cao có thể tạo ra cả hai điều khiển và phóng xạ điện từ. Vì vậy, việc nạp điện từ như là từ thiên văn bản, hoặc điện tử điện tử, thậm chí là một tỷ lệ hiệu hoá thấp, có thể gây ra sự cản trở thành công suất, nhưng không phải là một sự hiệu quả hoá thiết kế hoá.

Nguyên nhân căn bản gây ra sự can thiệp điện từ trong các bánh xe phản ứng

Để thiết kế các biện pháp đối phó hiệu quả, trước hết các kỹ sư phải hiểu nguồn EMI trong hệ thống bánh xe phản ứng.

1.

Bánh xe quay không bàn chải (BLC) hoặc động cơ đồng bộ vĩnh viễn (PMSM) được điều khiển bằng mạch- chiều (PWM) điều khiển nhanh. Các dòng điện cao (thường xuyên ở tần số từ 10 đến hàng trăm kilohertz) tạo ra các hệ thống gây hại độ cao, phát tán theo các đường dây điện và phóng xạ vào môi trường xung quanh. Các cạnh dốc và hiện tại (v/ dt/ dI/ dt/dt) được đóng góp chính cho băng EMI.

2. Rô - ma thăng bằng và cơ khí vi mô

Ngay cả một cánh quạt hoàn toàn cân bằng hoạt động với tốc độ liên tục tạo ra các rung động cơ có thể kết hợp với các cấu trúc gần đó. Trong khi không trực tiếp điện từ, các rung động này có thể điều chỉnh các từ trường hiện diện trong động cơ, tạo ra các sự kiện sóng âm vi âm hoặc tạo ra các dòng điện nhỏ trong vật liệu nhà ở điều khiển. Ngoài ra, sự rung động có thể tạo ra các chuyển động tương quan nhỏ giữa các bộ phận dẫn điện, dẫn đến sự giải phóng điện tử (TD) dẫn đến các sự kiện phát ra EMI tạm thời.

3 Đất và Bố trí Mạng

Những đường quay về chia sẻ, những đường dẫn bị ngắt quãng không đủ, và dây cáp không được nối dài hoạt động như ăng-ten không được định trước. Tín hiệu kỹ thuật số từ cảm biến tốc độ, máy theo dõi nhiệt độ, và giao diện lệnh có thể kết hợp với những vòng điều khiển tương tự, tạo ra các dòng chảy giao thoa và hệ thống thông thường để phát ra hoặc chuyển đổi thành hệ thống điện tích nhạy cảm.

[Key Insight:) Một bánh xe phản ứng được thiết kế tốt phải giải quyết cả ba loại nguồn [số điện tử, cơ học và dây điện ngầm] để đạt được mức độ tiểu mô- đun EMI cần thiết cho các thiết bị như thiết bị theo dõi các ngôi sao liên hệ hay cảm biến trọng lực thấp.

Thiết kế nền tảng vận hành để thu nhỏ EMI

Các kỹ sư đã phát triển một loạt các kỹ thuật đã được chứng minh rằng khi áp dụng một cách có hệ thống, có thể giảm đáng kể lượng khí thải EMI. những phương pháp này trải qua toàn bộ chu trình thiết kế, từ sự chọn lọc thành phần đến sự kết hợp của hệ thống.

4. 1 Bao che và bao vây

Hàng rào vật lý vẫn còn là một trong những cách hiệu quả nhất để chứa khí thải điện từ. Các nhà ở phản ứng thường được xây dựng từ vật liệu có khả năng cao (như là kính mu- bán kính hoặc mô- khối) để cung cấp lá chắn từ tính ở tần số thấp, kết hợp với vật liệu có năng lượng cao (tải trụ, nhôm) để bảo vệ trường điện cao. Đối với các yêu cầu cao, khiên chống nhiễu đa chiều không khí hoặc các hợp chất phóng đại có thể được sử dụng. Các lá chắn cũng phải duy trì tính bền vững tại các khớp và cung cấp thức ăn để tránh nhiễu ăng ten bị rò rỉ EMI.

) Bộ Theo dõi Vũ trụ [FLT:] dùng bánh xe phản ứng có lớp lớp lớp lớp che chắn để bảo vệ bộ nhận dạng khác sắc tố, hoạt động gần giới hạn nhiễu lượng tử.

Bộ lọc và giảm điện 4. 2

Khí thải trên xe buýt điện là một đường dẫn chung của EMI. Một địa hình lọc 3 giai đoạn là điển hình: bị tắc nghẽn thường xuyên tại đầu vào, tiếp theo là những bộ phận dẫn điện vi phân và bộ phận điện tử X/Y. Việc chọn cẩn thận các tần số lọc (thường nằm dưới cơ bản PWM) và các tần số tự giải mã thành phần bảo đảm sự tăng cường băng bó. Giảm cường năng lượng điện tử (cả hai khối và đồ gốm) đặt gần bộ điều khiển vận động điện tử điện tử làm giảm các vòng lặp và hạn chế chuyển đổi giới hạn.

4. 3 sự lựa chọn vật chất và thành phần

Vật liệu không có từ tính được ưu tiên cho các trục quay, mang và nhà ở để tránh bóp méo môi trường từ trường. các vật liệu có dạng Cera hoặc các dây dẫn lai (các cuộc chạy đua bằng các quả bóng gốm) giảm thiểu sự mất mát đặc biệt hiện tại và loại bỏ điện từ tích điện tích điện từ. Hơn nữa, sử dụng sợi cacbon cho cấu trúc cánh quạt có thể giảm khối lượng trong khi không có điện trường, do đó giảm trường điện trường kết nối.

4. 4 Chiến thuật: kiểm soát hồ sơ Quay và bắt đầu mềm

Hệ thần kinh giao thoa (xương động) thường tệ hơn sự phát tán đều đặn của trường tiểu bang. "Chuyến khởi động" có thể làm mịn các bước chuyển động từ tính. Đối với các nhiệm vụ với thời gian im lặng, bánh xe phản ứng có thể hoạt động ở tốc độ không đổi hoặc thậm chí dừng hoàn toàn (không tốc độ) để loại bỏ EM động, tôi dựa vào các động cơ khác trong cửa sổ đó.

Bố trí 4. 5 và hình thức làm báp têm

Sự tách rời vật lý của mạch nhiễu và nhạy là điều cơ bản. Thiết bị điện tử điện tử nên được định vị như thực tế từ giao diện cảm biến tương tự. Tất cả cáp nên được bảo vệ, xoắn không gian, với độ cong mặt đất ở cả hai đầu (cho tín hiệu độ rộng cao) hay một điểm (cho độ phân khúc thấp. Phân khúc đúng của máy bay mặt đất PCB nên được bảo vệ, để tránh nhiễu điện tử tương tự. Các hệ thống mặt đất nằm trên mặt đất tránh các vòng sóng mặt đất hoạt động như ăng-ten.

Kỹ thuật cao cấp cho các bánh xe phục hồi dân số tiếp theo

Trong khi chiến lược nền tảng rất hiệu quả, những cải tiến gần đây đẩy các ranh giới của những thứ có thể đạt được bằng điện từ, đặc biệt là cho các nhiệm vụ khoa học cơ quan lái cờ.

Đang hủy bỏ và lọc

Phương pháp này có thể được áp dụng cho cả hai kênh đều được điều khiển và phóng xạ các thuật toán thích hợp, như thuật toán lọc LMS (LMS- LMS Ý Square), có thể theo dõi các thay đổi trong việc can thiệp như tốc độ bánh xe khác nhau, giữ hiệu quả hủy bỏ qua phạm vi hoạt động.

Mang lấy nhiều sinh hoạt và làm điều cần thiết

Siêu dẫn điện cao (HTS) có thể tạo ra lực bay lượn mà không cần tiếp xúc vật lý, loại bỏ toàn bộ tiếng ồn và các EMI. Trong khi vẫn còn thử nghiệm, HTS mang theo các bánh xe phản ứng phòng thí nghiệm cho các khái niệm [FLT: 0] LISA [FLT: 1] nhiệm vụ theo dõi, mà không kéo- chạy được thì rất quan trọng. Sự thiếu vắng của các thiết bị điện tử cũng giảm hiệu kết nối với các thiết bị điện tử nhạy.

Động cơ tự động với Galium Nitride (GaN) Seclivition

Các máy bán dẫn rộng như GaN cung cấp các tốc độ chuyển đổi nhanh hơn các tính năng thay đổi với các giảm thiểu các giá trị nhỏ hơn so với các giá trị điển hình. Tuy nhiên, chuyển đổi nhanh hơn có thể tăng EMI nếu không cẩn thận quản lý. Các lợi thế đến từ khả năng sử dụng bộ lọc nhẹ hơn và thực hiện các bộ điều chỉnh tối ưu (như là đồng hồ đo phổ biến rộng hơn) mà việc phân phối năng lượng EMI trên một ban nhạc rộng hơn, giảm mức độ sóng âm. ổ đĩa dựa trên không gian tăng dần được tiếp nhận trong các thiết kế nhỏ hơn.

Thử thách, làm hài lòng và thỏa thuận

Thiết kế cho EMI thấp chỉ là một nửa cuộc chiến; kiểm tra kỹ lưỡng xác thực hệ thống thực sự đáp ứng các yêu cầu.

  • Thử nghiệm khí thải ) trong một buồng phản xạ hay buồng phản xạ, đo điện từ trường từ DC đến một số khác.
  • Thử nghiệm kết nối khí thải trên các đường điện sử dụng mạng dao động dòng (LISNs) để mô phỏng xe buýt điện vũ trụ.
  • Thử nghiệm khả năng nhận thức để đảm bảo các thiết bị điều khiển bánh xe phản ứng không bị gián đoạn bởi các trường bên ngoài từ các kho năng lượng khác, chẳng hạn như máy phát điện có năng lượng cao.
  • Thử nghiệm định hướng (v. d., ESD, hiệu ứng gián tiếp) để xác minh tính miễn dịch trong khi phóng hoặc các sự kiện trên tàu.

Mil-Std-461 và ECSS-E-ST-07 là những tiêu chuẩn phổ biến cho hệ thống không gian, điều chỉnh giới hạn cho môi trường điện từ của nhiệm vụ.

Hướng tương lai:

Phương pháp giảm thiểu EMI là điều trị bánh xe phản ứng và dụng cụ nhạy cảm như một hệ thống kết hợp từ giai đoạn thiết kế đầu tiên. Cách tiếp cận "cấu trúc-ci" này bao gồm:

  • Chia sẻ các mô hình điện từ của bánh xe với đội ngũ công cụ để xác định tần số dễ bị tổn thương.
  • Chọn các vùng quay vận tốc phản ứng để tránh các dây điều hòa chồng chéo (v. d., qua bộ lọc sắc tạo hay rung động cơ.
  • Kết hợp năng lượng và điều khiển của bánh xe trong vùng "yên tĩnh" với thêm các nguồn cung cấp năng lượng bảo vệ và đơn độc.

AIA và các tổ chức khác đã xuất bản gần đây cho thấy rằng thiết kế cùng có thể giảm mức EMI hệ thống bởi 20–30 dB so với cách tiếp cận thành phần truyền thống.

Kết luận: Sự thanh tẩy điện từ cho khoa học

Việc thu nhỏ sự can thiệp điện từ từ bánh xe phản ứng là một vấn đề khó khăn nhưng có thể giải quyết được. bằng cách kết hợp các bảo vệ mạnh mẽ, lọc cẩn thận, chọn lọc vật liệu thông minh, và sự hủy bỏ tích cực, các kỹ sư có thể tạo ra các quy định bánh xe hoạt động với tác động không đáng kể trên các thiết bị nhạy cảm nhất. Khi nhiệm vụ không gian mục tiêu bao giờ là các đo lường từ phát hiện sóng hấp dẫn đến siêu phổ máy tính sẽ chỉ tăng quan trọng. Phần thưởng: khả năng mở khóa các tàu vũ trụ mà không có các thành phần cần thiết của riêng mình.