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從SpaceX看商業(yè)航天衛(wèi)星的新時代

發(fā)布時間:2023-05-22 來源:ADI 責任編輯:wenwei

【導讀】昨晚,號稱“有史以來最大運載火箭”的SpaceX最新一代運載火箭系統(tǒng)“星艦”(Starship)在執(zhí)行首次軌道級測試飛行任務發(fā)射三分鐘后,其“超重型推進器”部分未能成功分離,在高空發(fā)生了爆炸。雖然此次發(fā)射失敗,但SpaceX仍未放棄探索宇宙和多行星化的夢想,其CEO馬斯克也第一時間發(fā)推文回應祝賀SpaceX團隊對星艦進行了激動人心的測試發(fā)射,為幾個月后的下一次測試發(fā)射學到了很多東西。


人類探索太空的腳步一直未曾停歇,在過去幾年里航天工業(yè)的經(jīng)營方式也發(fā)生了顯著變化,新企業(yè)正借助目標遠大的項目進入新的市場,抓住巨大的商機。隨著發(fā)射入軌的商業(yè)航天衛(wèi)星數(shù)量迅速增加,并且成本大幅下降,運載火箭成本逐漸降低,摩爾定律的體現(xiàn)使得衛(wèi)星體積也縮小了好幾個數(shù)量級。例如相比于前幾代公交車大小的超復雜產(chǎn)品,如今只有摩托車大小的簡易衛(wèi)星重量更輕,制造和發(fā)射成本也更加低廉。


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商業(yè)航天衛(wèi)星市場(主要為低成本近地軌道衛(wèi)星)快速擴張,現(xiàn)已成為市場發(fā)展的驅動力,與之形成對比的是限制多、成本高、海拔高的地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星。隨著這些市場變化的出現(xiàn),主要的問題之一是需要多少輻射加固。如今,大批量商業(yè)航天市場不能承擔成本較高、要求嚴格、耐輻射,并且符合航天標準的“傳統(tǒng)”芯片、元件和設備,并且通常也不需要。


對于高可靠性的傳統(tǒng)產(chǎn)品,其初始的設計目的是為了在惡劣的太空環(huán)境中使用數(shù)十年,搭載的則是高地球軌道的GEO電信衛(wèi)星。在那種環(huán)境里,輻射更加強烈,同時也會對航天器的電子裝置產(chǎn)生危害?,F(xiàn)在,在衛(wèi)星市場中,15至20年的抗輻射飛行任務的市場份額只占一小部分。今天的新太空商業(yè)市場有著不同的結構——任務持續(xù)時間只有幾年,甚至幾個月,因此在太空輻射威脅相對較低的地方輻射加固水平的要求也更低。


太空輻射


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衛(wèi)星和航天器電子系統(tǒng)的主要威脅是輻射。輻射產(chǎn)生的影響包括臨時故障、長期退化、災難性故障等。適用的防御措施是使用經(jīng)過輻射加固和測試的電子設備,它們經(jīng)過專門的輻射性能和生存能力測試。


推動商業(yè)航天衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素:


●  更低的發(fā)射成本

●  體積更小、重量更輕、價格更加低廉的航天器

●  對現(xiàn)代IC技術和新功能的需求

●  對近地軌道任務和更大衛(wèi)星群的重視

●  需要縮短產(chǎn)品上市時間


巨型衛(wèi)星群


商業(yè)航天行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛,這讓進入太空這件事變得比以往任何時候都更加容易,由數(shù)千顆衛(wèi)星組成的低成本近地軌道巨型衛(wèi)星群已經(jīng)開始部署。


近地軌道信號延遲更低,為關鍵任務通信、遠程機器人手術、金融交易和游戲等應用場合提供更快的響應速度。不過,相比于在傳統(tǒng)地球同步軌道高度運行,較低的軌道上的這些衛(wèi)星觀察到的地球表面范圍更小,因此需要更多的衛(wèi)星才能實現(xiàn)相同的地球表面覆蓋范圍。


小型衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群的應用正在普及開來,預計每年會發(fā)射1000多顆近地衛(wèi)星。由于超大型衛(wèi)星群中擁有如此多的衛(wèi)星,商業(yè)企業(yè)不可能同時讓多顆衛(wèi)星維持運行,并為每套傳統(tǒng)器件支付數(shù)千美元的費用。對于在商業(yè)太空衛(wèi)星行業(yè)開展業(yè)務的新太空企業(yè),需要一個切實可行、經(jīng)濟實惠,并且適合用來平衡任務和風險的解決方案。


巨星衛(wèi)星群業(yè)務


新太空是一個新興的全球性私營航天器產(chǎn)業(yè),致力于尋求體積較小、功能較強、具有成本效益的抗輻射技術,以滿足低輻射或相對良性輻射環(huán)境和短時任務的需要。


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目標:


●  降低準入門檻

●  提供體積更小、價格更低、重量為500公斤以下的衛(wèi)星來執(zhí)行單一任務

●  近地軌道高度僅為地球同步軌道的3%,且處于較低的輻射環(huán)境中

●  需要更復雜的通信網(wǎng)絡


彌合差距的商業(yè)解決方案


今天的小型衛(wèi)星需要創(chuàng)新的設計解決方案,減小尺寸、重量、功率和成本,這是傳統(tǒng)器件所不具備的。在太空應用中使用價格較低的商用現(xiàn)成(COTS)器件有許多益處,可享受先進的技術、更高的集成度、更高的性能和更好的SWaP。不過,僅使用COTS器件可能無法滿足許多新航天事業(yè)的保護、測試和可靠性需求。


如今,ADI公司的商業(yè)航天產(chǎn)品彌合了低端COTS器件與傳統(tǒng)全航天級氣密QML V產(chǎn)品之間的差距。商業(yè)航天產(chǎn)品實現(xiàn)了可靠性與低成本之間的平衡,以達到可接受的風險水平。其他功能包括晶圓批次統(tǒng)一性和可追溯性、輻射監(jiān)測器和強化測試,以及COTS商用級產(chǎn)品不支持的功能。


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產(chǎn)品等級評估表


ADI公司建立了兩個新的產(chǎn)品等級組合,以滿足新興商業(yè)航天衛(wèi)星行業(yè)的廣泛需求。該行業(yè)主要研究在低輻射環(huán)境中運行的近地衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群,以及傳統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星不斷變化的成本壓力。


●  商用航天低軌道衛(wèi)星(CSL)


商用航天低軌道衛(wèi)星是為了滿足成本限制或高容量的需求,它提供了適合在低輻射環(huán)境中繞軌道運行的近地軌道衛(wèi)星群的基本測試和篩選服務。


●  商用航天高軌道衛(wèi)星(CSH)


專為需要高可靠性、比傳統(tǒng)產(chǎn)品成本更低、功能更先進的客戶而設計。商用航天高軌道衛(wèi)星具備較高水平的篩選和輻射鑒定能力,并提供了嚴格的測試??稍跊]有氣密包裝的情況下使用(相當于使用SAE AS6294作為指南的QML V)。CSH包含CSL所能提供的一切功能,另外還可提供高可靠性的篩選和質(zhì)量合格檢驗服務。


憑借數(shù)十年以來積累的航天級部件制造知識,ADI公司提供綜合全面、強大可靠和耐輻射的傳統(tǒng)產(chǎn)品組合,以及兩種新等級的商業(yè)航天產(chǎn)品,幫助老牌企業(yè)和新太空公司更快地將LEO和GEO衛(wèi)星送入太空。ADI公司作為可靠的合作伙伴、協(xié)作者和技術顧問,竭力幫助客戶設計出能夠滿足嚴苛環(huán)境條件的產(chǎn)品,實現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的任務目標,并提高市場競爭力。



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