Leictreonaic grád spáis nó Conas a mhaireann Juno NASA gar do Iúpatar

Is deacair sé mhisean spáis a mheabhraigh iniúchadh spáis dúinn

Tréimhse an-spreagúil d’eolaithe pláinéadacha ab ea Samhain 2011. Sheol an Rúis a spásárthach Phobos-Grunt a dearadh chun teacht i dtír ar Phobos, an chéad iarracht riamh ar an ngealach Martian is mó. Rud a bhí níos spreagúla fós ná go raibh an spásárthach ag dul ar ais ~ 200 g sampla ó dhromchla Phobos! Eolaíocht!

Ainlithe le déanamh ag Phobos Grunt timpeall Mars. Foinse: Wikipedia

D’éirigh go maith leis an seoladh ach níor fhág an spásárthach Orbit Domhan Íseal (LEO) riamh. Níor éirigh leis an spásárthach a hinnill a chur trí thine agus lobhadh a fithis i gceann cúpla seachtain. Ceirte ag an Domhan, thit sé isteach san aigéan, agus theip iomlán ar mhisean dá bharr. Cailleadh an chéad spásárthach Mars Yinghuo-1 sa tSín agus turgnamh LIFE an Chumainn Phleanála ar bord freisin.

Mar sin, cad a chuaigh mícheart? Nocht an tuarascáil ar mhainneachtain nach raibh comhpháirteanna leictreonacha an spásárthaigh cáilithe le húsáid sa spás ná le tástáil sular seoladh iad. Meabhrúchán searbh ar nádúr neamhfhoirfe an taiscéalaíochta spáis ba ea cailliúint Phobos-Grunt agus an eolaíocht a d’fhéadfadh sé a dhéanamh. Cosnóidh sé níos mó dúinn coirnéil a ghearradh i bhforbairt agus i dtástáil spásárthaí chun roinnt costas a shábháil.

San alt seo, féachaimid ar an gcaoi a dtógtar leictreonaic na spásárthaí chun maireachtáil ar chruatan na dtimpeallachtaí spáis agus roinnt peiceanna suimiúla i misin spáis éagsúla.

Cuid A - Leictreonaic cruaite le haghaidh úsáide spáis

Tógáil go deireanach

Caithfear comhpháirteanna leictreonacha a úsáidtear i spásárthaí a thógáil chun maireachtáil ar na timpeallachtaí crua spáis agus chun feidhmiú go hiontaofa ann. Sainordaíonn Roinn Cosanta na SA níos mó ná 100 tástáil chun oibriú iontaofa a chinntiú faoi strus meicniúil, luaineachtaí teochta leathan agus radaíocht ianaíoch dhian. Caithfidh gach comhpháirt leictreonach de ghrád spáis a bheith cáilithe ina n-aonar seachas an tástáil samplach is coitianta in iarratais tráchtála nó tionsclaíocha.

Is ar an gcúis chéanna go bhfuil na leictreonaic go léir inár IAU (Aonad Comhtháite Avionics) spásárthaí TeamIndus grád spáis go hiomlán. Mar sin tá comhpháirteanna ríthábhachtach cosúil leis an braiteoir réalta. Tógtar córais leictreonacha eile cosúil leis na haonaid phróiseála íomhá lander agus na ceamaraí rover chun locht a fháil.

Tá an spásárthach Voyager a seoladh i 1977 fós ag feidhmiú. Foinse: Wikipedia

Chun an iontaofacht atá ag teastáil a chinntiú, ní féidir le dearthóirí córais na sceallóga is déanaí agus is mó a úsáid. Má thugaimid léargas ar na CPUanna a úsáidtear i spásárthaí, gheobhaidh muid amach gur dearaí an-sean iad a bhformhór, cuid acu fiú ag dul siar go dtí na 1990idí. Tá sé ríthábhachtach rud éigin a thriail agus a thástáil a úsáid, a bhfuil a fhios againn go n-oibreoidh sé.

Déantar comhpháirteanna leictreonaic a chruasú le haghaidh úsáide spáis ag úsáid cuid de na teicnící seo a leanas:

Claochladán leictreach potaithe atá deartha le suiteáil ar PCB le húsáid spáis. Feictear an dromchla a fhoirmíonn an comhdhúil potála ar dheis. Foinse: Wikipedia

1. Potáil

Féadann tonnchrith ama ón roicéad strus meicniúil a spreagadh ar an leictreonaic agus damáiste a dhéanamh dó. Is éard atá i gceist leis an bpróiseas potaithe ná an tionól leictreonach a líonadh le comhdhúil soladach / geilitíneach chun seasamh in aghaidh turraing agus tonnchrith.

2. Sileacan ar inslitheoir

Déantar sceallóga le haghaidh úsáide spáis ar shubstráit inslithe in ionad ceann sileacain, rud a ligeann dóibh a bheith níos frithsheasmhaí ó radaíocht agus fulangach ó lochtanna.

3. Cineálacha RAM

Is fearr RAM statach (SRAM) seachas cinn Dinimiciúla (DRAM) toisc go bhfuil níos lú cumhachta orthu. Tá sé seo ríthábhachtach nuair a théann spásárthaí i modhanna ísealchumhachta ach go gcaithfidh siad leanúint ar aghaidh ag seoladh teiliméadrachta.

4. Sciath seachtrach

Laghdaíonn sciath seachtrach (cosúil le luaidhe) timpeall na gcomhpháirteanna leictreonacha an nochtadh do radaíocht, agus ar an gcaoi sin saolré an mhisin a mhéadú. Tá sé seo úsáideach go háirithe i misin fadtéarmacha cosúil le New Horizons atá ar a bhealach faoi láthair chuig Cuspóir Creasa Kuiper.

Mar sin de ghnáth bíonn méideanna na gcomhpháirteanna leictreonacha atá cáilithe le haghaidh úsáide spáis i bhfad níos mó ná na cinn tráchtála / tionsclaíocha.

Éifeachtaí na radaíochta ar leictreonaic spásárthaí

In ainneoin go bhfuil na comhpháirteanna a ndearnadh tástáil orthu mar ghrád spáis, is féidir le rudaí oibriú gan choinne i misean spáis mar gheall ar radaíocht spáis dhian. Is féidir le raon leathan éifeachtaí, atá catagóirithe faoin Éifeachtaí Imeachta Aonair (FÉACH), a bheith ina gcúis le saincheisteanna oibríochta.

  • Féadann ian i radaíocht spáis atá ag idirghníomhú leis na comhpháirteanna sliseanna staid na ngiotán a smeach agus earráidí cuimhne a chur faoi deara.
  • Féadann ian nó prótón ardfhuinnimh a théann trí acomhail trasraitheora istigh a bheith ina chúis le latchups, agus ciorcaid ghearra mar thoradh air.
  • Ar an gcaoi chéanna, is féidir leis na cáithníní ardfhuinnimh seo ligean do leictreoin cailliúint i gciorcad a dhéanann damáiste dochúlaithe.

Tá caillteanais chuimhne, seichimh forghníomhaithe cód ag dul ar haywire, latchups, srl. Gach eilimint neamh-inmhianaithe i misean spáis rathúil. Ní féidir roinnt fadhbanna a shárú ach amháin ar chostas athshocrú crua agus déanann cuid acu damáiste buan dochúlaithe. Caithfear leictreonaic spásárthaí a thógáil agus na tosca seo go léir san áireamh.

Seachas eachtra Phobos-Grunt, déanaimis féachaint ar mhisin spáis a mheabhraíonn go leanúnach do nádúr crua, neamhfhoirfe an taiscéalaíochta spáis.

Cuid B - Cásanna spéisiúla leictreonaice grád spáis i misin spáis éagsúla

1. Nuair a chailleann tú do chuid braiteoirí réalta

Theip ar chéad braiteoir réalta na gealaí India Chandrayaan-1 a bheith ag obair tar éis cúpla mí i bhfithis gealaí. Mar gheall ar an nochtadh mór do radaíocht na gréine in éineacht le fachtóirí eile theip ar an braiteoir réalta cúltaca freisin.

Scéimre Chandrayaan-1 a thaispeánann na braiteoirí dhá réalta. Foinse: Wikipedia

B'éigean an chuid eile den mhisean a chríochnú ag baint úsáide as na gyroscóip ar bord agus ceartúcháin leanúnacha ón stáisiún talún. D’éirigh go maith leis an misean sa deireadh ach meabhrúchán a bhí ann go bhféadfadh fiú comhpháirteanna grád spáis titim.

2. Nuair a bhíonn sé ríomhaire agat chun post amháin a chríochnú

Ní raibh ach LAP amháin ag an spásárthach Galileo a dearadh chun fithis agus staidéar a dhéanamh ar Iúpatar. Ag maireachtáil i dtimpeallacht Jovian (Iúpatar) atá lán le radaíocht - atá orduithe méide níos déine ná timpeallacht na Cruinne - sainordaíodh go ndéanfaí gach mórfhochóras a rialú ag a LAP féin maidir le lamháltas lochtanna. Ar an mbealach sin má fhaigheann LAP amháin bás, ní dhíchumasaíonn sé ach mór-ionstraim amháin.

Léargas an ealaíontóra ar spásárthaí Galileo de chuid NASA ag eitilt anuas ar ghealach Io atá gníomhach go bolcánach. Foinse: NASA. Nóta: Sa tuiscint seo, taispeántar an t-aeróg ardghnóthaithe á úsáid go hiomlán ach ní raibh sé le linn an mhisin.

Ba é gach ceann de na CPUanna a úsáideadh an RC 1802 8-giotán, clogtha ag 1.6 MHz. Rinneadh iad ar sapphire (sileacain ar inslitheoir), atá cruaite le radaíocht agus oiriúnach do thimpeallacht dhian Jovian. Bhí cumais phróiseála spásárthaí Galileo comhionann leis na ríomhairí clasaiceacha Apple II a díoladh deich mbliana roimhe sin.

Scéimreach an mhaighnéadais Jovian a chuimsíonn a cheithre Mhóin. Bhí radaíocht dhian ar spásárthaí Galileo ar gach gar-bhealach chuig Iúpatar. Foinse: John Spencer

Is gnáthchleachtas é modúil cúltaca iomarcacha a úsáid i bhforbairt spásárthaí chun fadhbanna a íoslaghdú. In ainneoin na mbeart cosanta seo, ba chúis le timpeallacht chrua Iúpatar os cionn dosaen aimhrialtachtaí do spásárthaí Galileo le himeacht ama, lena n-áirítear athshocrú go minic ar na ríomhairí ar bord.

3. Nuair a dhéanann lasracha gréine damáiste do phainéil ghréine

Ar an mbealach chuig an astaróideach Itokawa i 2003, bhuail ceann de na lasracha gréine is mó sa stair taifeadta an spásárthach Seapánach Hayabusa. Rinne an flare damáiste do na painéil ghréine agus ar an gcaoi sin laghdaigh siad a n-aschur. Ní amháin sin, bhain an flare ceann de na ceithre innill ian den spásárthach. B'éigean fad an mhisin a laghdú dá bharr.

Spásárthach Hayabusa JAXA ag Itokawa. Foinse: Planetary Society

Rinne an radaíocht iomarcach damáiste do na hacomhail sna cealla gréine agus ba chúis imní í freisin agus Juno, spásárthach NASA ag fithisiú Iúpatar níos dlúithe faoi láthair ná aon spásárthach a chuaigh chuici. Bhí a fhios ag na hinnealtóirí go dtiocfadh díghrádú ar na painéil ghréine le ham mar gheall ar dhian-radaíocht Jovian. Rinneadh an riosca a íoslaghdú go leibhéil inghlactha trí ghloine painéal gréine a úsáid dhá uair chomh tiubh ná mar is gnách agus mhéadaigh méid an phainéil ghréine le haghaidh aschur níos mó.

4. Cruas radaíochta ag úsáid ríomhairí RAD

Ceann de na glúine is déanaí (i dtéarmaí grád spáis) de sceallóga cruaite radaíochta is ea an RAD750 32-giotán a mhonaraigh BAE, bunaithe ar an PowerPC 750 atá deartha ag IBM. Tá sé deartha chun caillteanais a íoslaghdú fiú agus iad ag tabhairt aghaidh ar mhór-radaíocht ó bhlastáin gréine. Agus raon teochta níos leithne aige agus feidhmíocht níos fearr 10x ná an ghlúin roimhe seo RAD6000, baineadh úsáid as an RAD750 i mbreis agus 150 misean spáis ó bhí sé ar fáil, lena n-áirítear an Fiosracht Rover Mars is fearr le gach duine.

Selfie rover fiosracht ag Mount Sharp. Foinse: NASA

I measc cuid de na misin spáis tóir eile atá á gcumhachtú ag RAD750s tá Orbiter Taiscéalaíochta Lunar, teileascóp spáis Kepler, Réadlann Solar Dynamics agus ar ndóigh, an spásárthach Juno. Cosnaíonn gach RAD750 thart ar $ 200,000.

Mar a luadh cheana, tá modúil iomarcacha ag gach misean criticiúil. Tá dhá LAP RAD750 ag an Rover Fiosracht, ceann acu ag gníomhú mar aonad cúltaca a ghlac seilbh air nuair a bhí fadhbanna ag an gcéad cheann lena splanc-stóráil.

Cás Juno agus Iúpatar

Deartha chun staidéar a dhéanamh ar chuaillí Iúpatar agus dul níos gaire don phláinéid ná aon spásárthach a bhí roimhe, tá dúshláin os comhair Juno. Tarlaíonn sé nach leor comhpháirteanna de ghrád spáis a ndéantar tástáil orthu ina n-aonar, ceann de na CPUanna is crua-radaíochta agus úsáid a bhaint as comhpháirteanna iomarcacha chun aghaidh a thabhairt ar an timpeallacht gharbh in aice le Iúpatar, an pláinéad leis an maighnéadasféar is mó sa ghrianchóras.

1 - An tuiscint atá ag Artist ar spásárthaí Juno lena phainéil ghréine mhóra (agus tiubh). Foinse: NASA. 2 - Faigheann fithis Juno an-ghar do Iúpatar chun a chuspóirí eolaíochta a bhaint amach, agus é á nochtadh do chriosanna radaíochta guaiseacha. Foinse: Suíomh Gréasáin Juno

Tá an LAP RAD750 deartha chun suas le 1 mhilliún rad radaíochta a sheasamh leis féin, rud atá iontach. Ach táthar ag súil go nochtfaidh an misean comhpháirteanna Juno do 20 milliún rads radaíochta le himeacht ama. Tá sé sin dian go leor.

Chun na comhpháirteanna leictreonacha a chosaint, thóg na hinnealtóirí sciath armúr tíotáiniam cosanta le taobhanna 1 cm tiubh. Laghdaíonn an cruinneachán ciúbach seo an nochtadh radaíochta do na comhpháirteanna leictreonacha 800 uair.

Innealtóirí JPL NASA ag suiteáil cruinneachán radaíochta Juno atá deartha chun a chomhpháirteanna leictreonacha a chosaint agus iad i dtimpeallacht dhian Jovian. Foinse: NASA

Tá an sciath chomh tábhachtach d’fheidhmiú Juno go bhfaigheann sé a ainm féin - Juno Radiation Vault.

“Gan a sciath chosanta, nó a cruinneachán radaíochta, bheadh ​​inchinn Juno friochta ar an gcéad phas in aice le Iúpatar”
- Scott Bolton, Príomh-Imscrúdaitheoir Juno

Fiú amháin ansin, táthar ag súil go scoirfidh Juno de bheith ag feidhmiú níos déanaí i mbliana mar gheall ar iliomad pasanna gar don Iúpatar thar a ré misean dhá bhliain. Meabhrúchán go bhfuil an spás deacair.

Ach is fiú iniúchadh a dhéanamh air.