Заземление в космосе

Я работаю над проектом, который будет запущен внутри ракеты Blue Origin New Shepard, и мне нужно знать детали того, как наш эксперимент будет обоснован. В эксперименте будет использоваться источник питания USB 3.0 с напряжением 5 В и питание от Raspberry Pi Zero W. Как бы я заземлил нашу электронику в этой капсуле?

Поговорите с конструкторами космических кораблей, у них должен быть кто-то, координирующий электрические характеристики для бортового оборудования, и вам, вероятно, нужно будет соответствовать их спецификациям.

Вы должны , вероятно , подключение заземления на RPi к корпусу для электрического экранирования. Если в полезной нагрузке есть другие эксперименты, у вас должны быть рекомендации от системного инженера по вопросам EMC. Случайно, вот пример того, что вы должны получить (эта ссылка для CubeSat). Например, дегазация особенно важна, если в какой-либо части полезных нагрузок задействована оптика. Там будут ICD.

Если окружающая среда будет лишена воздуха, вы должны будете обеспечить надлежащий тепловой дизайн для отвода тепла, не позволяя температурам соединения микросхем повышаться слишком высоко, а силы G и вибрация во время запуска, как правило, довольно сильны, поэтому скорее всего, между печатной платой и корпусом будет достаточно прочное термическое и механическое соединение.

Вам нужно принести контейнер с землей и подключить его к заземлению.

Нет, ты не Земля как земля не имеет особого значения, если а) земля не используется в качестве обратного проводника в энергосистеме, б) нет необходимости обеспечивать, чтобы проводящие части оборудования не имели опасного потенциала относительно земли (что делает аварию очень вероятно, если люди будут стоять на земле).

Для получения совета о том, как это сделать - как уже упоминалось в других ответах, делайте все, что вам скажет поставщик запуска.

Как бы я заземлил нашу электронику в этой капсуле?

Вы заземляете его на корпус, однако понимаете, что корпус будет «плавающим» и может изменять напряжение, что не изменит электронику внутри корпуса, если корпус проводящий, если корпус не является непрерывным, это может создать проблемы с зарядкой.

Однако могут возникнуть проблемы с любыми «открытыми потенциалами», поскольку они собирают поверхностные заряды из космической среды (включая плазму). Международная космическая станция может изменять напряжение примерно до -10-25 В относительно нейтрального заряда. Так что я бы не стал сильно беспокоиться, если у вас нет открытых потенциалов, если у вас есть солнечные элементы или датчики снаружи, необходимо учитывать заряд поверхности.

Пространственно-временная среда - это неприятное место, которое включает в себя излучение (солнечное и космическое), плазму и вакуум. Это может создать проблемы для коммерческой электроники из-за температуры. Вакуум может разрушить некоторые материалы (например, ПВХ), поэтому важно убедиться, что материалы совместимы с вакуумом. Аккумулятор также должен быть совместимым с вакуумом. Большинство эпоксидных смол совместимы с вакуумом, но это необходимо проверить.

Примечание: Каптон совместим с вакуумом и имеет широкий температурный диапазон, отлично подходит для использования на космических кораблях, это удивительный материал.

Было бы также полезно протестировать ваш проект в вакууме в течение нескольких дней, чтобы убедиться, что он все еще работает. Вам также необходимо убедиться, что корпус не герметичен (сосуд под давлением), что, как правило, недопустимо.

Вы также захотите убедиться, что температура электроники будет в пределах рабочей температуры, поскольку все может стать очень горячим или холодным, поскольку нет воздуха для уравновешивания температуры.

Возможно, вы захотите связаться со знаменитым сообществом ракетников , есть студенты, которые все время запускают проекты на ракетах.

Напряжение не является абсолютным числом. Напряжение - это разность потенциалов между двумя точками. Если вы говорите, что напряжение равно «0 В», то это означает, что измеряемый вами узел имеет тот же потенциал, что и ваша «земля» ( разность потенциалов между узлом и землей равна 0 В). Если вы говорите, что напряжение составляет «12 В», это означает, что измеряемый вами узел имеет потенциал на 12 В выше, чем заземление. Еще раз, напряжение является разницей , и, таким образом, ваша контрольная точка («земля») является произвольной. Вы можете поместить его в любое место в вашей цепи, и все это означает, что любое другое измеренное напряжение - это разность потенциалов между выбранной землей и измеряемым узлом.

В проектах CubeSat, над которыми я работал, в качестве точки заземления использовалась алюминиевая конструкция. И каждая подсистема имела свои основания, соответствующие разъему PC104.

Лучше всего поговорить с системным инженером или системным инженером.

Частично, то, что вы можете сделать для земли, может зависеть от окружающих спецификаций запуска, вам нужно будет проверить. Я предполагаю, что эксперимент будет запущен автономно в свободное пространство. По всей вероятности, вы должны зажать отрицательный вывод батареи (я полагаю), питающий ваш 5В USB-источник питания, на подходящее металлическое шасси или в случае эксперимента и использовать его в качестве ориентира. Любое оборудование, требующее заземления, может быть подключено к шасси. Если ваш эксперимент делает передачу, я предполагаю, что он имеет какое-то расположение антенны вне корпуса.

Как уже говорили многие, эта проблема для вас уже решена. Специалисты проекта будут иметь технические характеристики для вас. Тем не менее, чтобы помочь вам понять, что происходит ....

Заземление в космосе работает так же, как вы заземляете автомобиль. «Шасси» представляет заземленную электрическую плоскость, и к ней подключен «отрицательный полюс батареи» (опорный потенциал для источника питания ракеты). Это необходимо, потому что сочетание тех прекрасных шин, которые мы считаем само собой разумеющимся в наше современное время, и асфальта изолирует автомобиль от традиционной «земли».

Помните, ваша схема работает на разность электрических потенциалов. Давайте предположим, что он работает на 1.1v. Не имеет значения, если фактическое напряжение заземления и источника составляет 0 В и 1,1 В или 10 000 В и 10 001,1 В, Rasberry все равно будет работать.

Важно помнить, что называть землю "0v" - это математическая концепция, а не проблема реальности. Это облегчает математику, поэтому мы предполагаем это. До тех пор, пока у нас есть предсказуемый способ получения необходимой разницы между этими двумя ссылками, нам на самом деле все равно, каковы эти ссылки на самом деле.

Давным-давно я помогал проектировать схемы Futurebus, предназначенные для работы на спутниках. Эти микросхемы включали схемы, соединяющие две плоскости для обеспечения переходных напряжений в одной плоскости (заземление или источник), также происходили в противоположной плоскости, чтобы гарантировать, что разность рабочих потенциалов внутри микросхемы всегда была одинаковой, тем самым стабилизируя работу микросхемы в среде, где традиционной "земли" не было.

Это было важно, потому что листовая поверхность земли и исходных плоскостей и сопротивление проводов, соединяющих микросхему с остальным миром, было достаточно велико, чтобы вызвать локальные изменения напряжения на плоскостях (вызывая изменение разности потенциалов). На земле вы несколько игнорируете это, потому что замена микросхемы на миллион с одним шансом, что он может потерпеть неудачу, не имеет большого значения. Пространство не так уж и удобно. (Обратите внимание, что это было давно. Современное материаловедение может иметь металлы, которые больше не требуют такого уровня паранойи.)

Заземление в вашем случае означает подключение к среднему заряду наибольшей доступной массы (то есть тела ракеты вместо Земли). Это будет базовое заземление значения, а остальное будет разницей напряжения по сравнению с этим.