Uziemienie w kosmosie

Pracuję nad projektem, który zostanie uruchomiony w rakiecie New Shepard Blue Origin i muszę poznać szczegóły na temat tego, jak nasz eksperyment zostanie ugruntowany. Eksperyment będzie miał zasilacz USB 3.0 5 V i zasili Raspberry Pi Zero W. Jak uziemiłbym naszą elektronikę w tej kapsułce?

Porozmawiaj z projektantami statków kosmicznych, muszą oni mieć kogoś koordynującego specyfikacje elektryczne urządzeń pokładowych i prawdopodobnie będziesz musiał spełnić ich specyfikacje.

Prawdopodobnie powinieneś podłączyć uziemienie RPi do obudowy w celu ekranowania elektrycznego. Jeśli są inne eksperymenty z ładunkiem, powinieneś mieć jakieś wskazówki od inżyniera systemów w sprawach EMC. Oto losowo przykład tego, co powinieneś dostać (ten link dotyczy CubeSat). Na przykład odgazowanie jest szczególnie ważne, jeśli w jakiejkolwiek części ładunku (elementów) występuje optyka. Będą ICD.

Jeśli środowisko będzie pozbawione powietrza, będziesz musiał zapewnić odpowiednią konstrukcję termiczną, aby odprowadzić ciepło, nie dopuszczając do zbyt wysokiej temperatury złącza wiórów, a siły G i wibracje podczas uruchamiania są zazwyczaj dość duże, więc zapewne będzie dość solidne połączenie termiczne i mechaniczne między płytką drukowaną a obudową.

Musisz przynieść pojemnik pełen ziemi i podłączyć go do uziemienia obwodu.

Nie, ty nie. Ziemia jako ziemia ma niewielkie specjalne znaczenie, jeśli a) ziemia nie jest używana jako przewód powrotny w sieci energetycznej, b) nie ma potrzeby zapewnienia, aby przewodzące części sprzętu nie miały niebezpiecznego potencjału w stosunku do ziemi (co powoduje bardzo wypadek prawdopodobne, jeśli oczekuje się, że ludzie staną na ziemi).

Aby uzyskać porady, jak to zrobić - jak wspomniano w innych odpowiedziach, rób wszystko, co nakazuje ci dostawca oprogramowania do uruchamiania.

Jak mam uziemić naszą elektronikę w tej kapsułce?

Uziemisz go do obudowy, jednak zdaj sobie sprawę, że obudowa będzie „unosić się” i może zmieniać napięcie, co nie będzie miało znaczenia dla elektroniki wewnątrz obudowy, jeśli obudowa jest przewodząca, jeśli obudowa nie jest ciągła, może to spowodować problemy z ładowaniem.

Mogą jednak wystąpić problemy z jakimkolwiek „odsłoniętym potencjałem”, ponieważ zbierają one ładunki powierzchniowe ze środowiska kosmicznego (w tym plazmy). Międzynarodowa Stacja Kosmiczna może zmienić napięcie na około -10 do 25 V w odniesieniu do ładunku neutralnego. Więc nie martwiłbym się zbytnio, jeśli nie masz żadnych odkrytych potencjałów, jeśli masz ogniwa słoneczne lub czujniki na zewnątrz, trzeba będzie uwzględnić ładowanie powierzchni netto.

Środowisko czasoprzestrzenne to paskudne miejsce, które obejmuje promieniowanie (słoneczne i kosmiczne), plazmy i próżnię. Może to powodować problemy dla elektroniki komercyjnej z powodu temperatury. Próżnia może faktycznie zniszczyć niektóre materiały (np. PCW), dlatego ważne jest, aby upewnić się, że materiały są kompatybilne z próżnią. Bateria musi także być kompatybilna z próżnią. Większość epoksydów IC jest kompatybilnych próżniowo, ale należy to sprawdzić.

Uwaga dodatkowa: Kapton jest kompatybilny z próżnią i ma szeroki zakres temperatur, idealny do użycia w statkach kosmicznych, jest to cudowny materiał.

Korzystne byłoby również przetestowanie projektu w próżni przez kilka dni, aby upewnić się, że nadal działa. Musisz także upewnić się, że obudowa nie jest szczelna (naczynie ciśnieniowe), co na ogół jest niedozwolone.

Będziesz także chciał upewnić się, że temperatura elektroniki będzie mieścić się w zakresie temperatury roboczej, ponieważ może być bardzo gorąco lub zimno, ponieważ nie ma powietrza do zrównoważenia temperatury.

Możesz skontaktować się z dobrze brzmiącą społecznością rakietową , są studenci, którzy cały czas uruchamiają projekty na rakietach.

Napięcie nie jest liczbą bezwzględną. Napięcie jest różnicą potencjału między dwoma punktami. Jeśli powiesz, że napięcie wynosi „0 V”, oznacza to, że mierzony węzeł ma ten sam potencjał co „masa” ( różnica potencjałów między węzłem a masą wynosi 0 V). Jeśli powiesz, że napięcie wynosi „12 V”, oznacza to, że mierzony węzeł ma potencjał o 12 woltów wyższy od ziemi. Ponownie napięcie jest różnicą , a zatem punkt odniesienia („masa”) jest dowolny. Możesz umieścić go w dowolnym miejscu w swoim obwodzie, a to wszystko oznacza, że ​​każde inne mierzone napięcie jest różnicą potencjałów między wybraną masą a mierzonym węzłem.

Przy projektach CubeSat, nad którymi pracowałem, jako punkt uziemienia zastosowano konstrukcję aluminiową. I każdy podsystem miał swoje uziemienie dopasowane do złącza PC104.

Najlepiej jest porozmawiać z inżynierem systemu zasilania lub inżynierem systemu projektowego.

Częściowo to, co możesz zrobić dla podłoża, może zależeć od otaczających specyfikacji uruchomienia, musisz to sprawdzić. Zakładam, że eksperyment rozpocznie się sam w sobie w wolnej przestrzeni. Najprawdopodobniej powinieneś zacisnąć ujemny zacisk akumulatora (zakładam, że) zasila twój zasilacz USB 5v do odpowiedniej metalowej obudowy lub obudowy eksperymentu i wykorzystaj to jako odniesienie. Wszelkie urządzenia wymagające uziemienia można podłączyć do podwozia. Jeśli twój eksperyment dokonuje transmisji, zakładam, że ma on jakiś układ anteny poza obudową.

Jak wielu powiedziało, ten problem został już dla ciebie rozwiązany. Technicy projektu będą mieli dla ciebie specyfikacje uziemienia. Jednak, aby pomóc Ci zrozumieć, co się dzieje ...

Uziemienie w kosmosie działa tak samo, jak uziemienie samochodu. „Podwozie” reprezentuje uziemioną płaszczyznę elektryczną, a „ujemny słupek akumulatora” (potencjał odniesienia dla zasilania rakiety) jest do niej podłączony. Jest to konieczne, ponieważ połączenie tych pięknych opon, które w dzisiejszych czasach uważamy za coś oczywistego, i asfaltu izoluje samochód od tradycyjnej „ziemi”.

Pamiętaj, że twój obwód działa na różnicy potencjałów elektrycznych. Załóżmy, że działa na wersji 1.1v. Nie ma znaczenia, czy rzeczywiste napięcie uziemienia i źródła wynosi 0 V i 1,1 V lub 10 000 V i 10 001,1 V, Rasberry nadal będzie działać.

Ważne jest, aby pamiętać, że nazewnictwo „0v” jest pojęciem matematycznym, niekoniecznie kwestią rzeczywistości. Ułatwia matematykę i dlatego ją zakładamy. Tak długo, jak mamy przewidywalny sposób, aby uzyskać potrzebną różnicę między tymi dwoma odniesieniami, tak naprawdę nie obchodzi nas, jakie one naprawdę są.

Bardzo dawno temu pomogłem zaprojektować obwody Futurebus, które zostały zaprojektowane do pracy w satelitach. Te układy scalone obejmowały obwody łączące dwie płaszczyzny w celu zapewnienia przejściowych napięć na jednej płaszczyźnie (ziemi lub źródle), również występowały na przeciwnej płaszczyźnie, aby zapewnić, że różnica potencjałów roboczych wewnątrz układu była zawsze taka sama, stabilizując w ten sposób działanie układu w środowisku, w którym tradycyjna „ziemia” nie istniała.

Było to ważne, ponieważ grubość arkusza płaszczyzny uziemienia i źródła oraz rezystancja drutów łączących układ z resztą świata była wystarczająco duża, aby powodować lokalne zmiany napięcia na płaszczyznach (powodując różnicę potencjałów). Na ziemi w pewnym stopniu ignorujesz to, że ponieważ wymiana układu z szansą milion na jeden może się nie powieść, nie jest to wielka sprawa. Przestrzeń kosmiczna nie jest zbyt przychylna. (Zauważ, że to było dawno temu. Współczesna nauka o materiałach może mieć metale, które nie wymagają już takiego poziomu paranoi).

Uziemienie w twoim przypadku oznacza podłączenie do średniego ładunku największej dostępnej masy (czyli ciała rakiety zamiast Ziemi). Będzie to referencyjna wartość uziemienia, a reszta będzie różnicą napięcia w porównaniu do tego.