Nối đất trong không gian

Tôi đang thực hiện một dự án sẽ được phóng bên trong tên lửa Blue Origin New Shepard và cần biết chi tiết về cách thử nghiệm của chúng tôi sẽ được căn cứ. Thí nghiệm sẽ có nguồn cung cấp USB 5 V và sẽ cung cấp năng lượng cho Raspberry Pi Zero W. Làm thế nào để tôi nối đất điện tử của chúng tôi trong viên nang này?

Nói chuyện với các nhà thiết kế tàu vũ trụ, họ phải có ai đó điều phối các thông số kỹ thuật điện cho thiết bị trên tàu và bạn có thể sẽ cần phải đáp ứng các thông số kỹ thuật của họ.

Bạn có lẽ nên kết nối mặt đất trên RPi với vỏ bọc để che chắn điện. Nếu có các thử nghiệm khác trong tải trọng, bạn nên có một số hướng dẫn từ kỹ sư hệ thống về các vấn đề EMC. Chỉ là ngẫu nhiên, đây là một ví dụ về những gì bạn sẽ nhận được (liên kết đó là dành cho CubeSat). Ví dụ, outgassing đặc biệt quan trọng nếu có quang học liên quan đến bất kỳ phần nào của (các) tải trọng. Sẽ có các ICD.

Nếu môi trường sắp bị không khí, bạn sẽ phải đảm bảo thiết kế nhiệt phù hợp để thoát nhiệt mà không cho phép nhiệt độ tiếp giáp của chip tăng quá cao, và lực G và rung khi phóng thường khá nghiêm trọng có khả năng sẽ có một kết nối nhiệt và cơ học khá chắc chắn từ PCB đến vỏ.

Bạn cần phải mang một thùng chứa đầy đất, và kết nối nó với mạch đất.

Không, bạn không. Trái đất là mặt đất có rất ít ý nghĩa đặc biệt nếu a) trái đất không được sử dụng làm dây dẫn trở lại trong lưới điện, b) không cần đảm bảo các bộ phận dẫn điện của thiết bị không có tiềm năng nguy hiểm so với trái đất (điều này gây ra tai nạn rất lớn có khả năng nếu mọi người dự kiến ​​sẽ đứng trên trái đất).

Để được tư vấn về cách thực hiện - như đã đề cập trong các câu trả lời khác, hãy làm bất cứ điều gì nhà cung cấp khởi động bảo bạn làm.

Làm thế nào tôi sẽ nối đất điện tử của chúng tôi trong viên nang này?

Bạn đặt nó vào vỏ bọc, tuy nhiên nhận ra rằng vỏ bọc sẽ 'nổi' và có thể thay đổi điện áp, điều này sẽ không tạo ra sự khác biệt cho các thiết bị điện tử bên trong vỏ bọc nếu vỏ bọc không dẫn điện, nếu vỏ bọc không liên tục, điều này có thể tạo ra vấn đề với sạc.

Tuy nhiên, có thể có bất kỳ vấn đề nào đối với bất kỳ 'tiềm năng tiếp xúc' nào vì những điện tích bề mặt này thu được từ môi trường không gian (bao gồm cả plasma) Trạm vũ trụ quốc tế có thể thay đổi điện áp thành một mức như -10 đến 25V đối với điện tích trung tính. Vì vậy, tôi sẽ không lo lắng quá nhiều nếu bạn không có bất kỳ tiềm năng nào bị phơi bày, nếu bạn có pin mặt trời hoặc cảm biến ở bên ngoài thì việc sạc pin bề mặt sẽ cần phải được tính đến.

Môi trường không thời gian là một nơi khó chịu bao gồm bức xạ (mặt trời và vũ trụ), plasma và chân không. Điều này có thể tạo ra vấn đề cho thiết bị điện tử thương mại vì nhiệt độ. Chân không thực sự có thể ăn mòn một số vật liệu (như PVC), vì vậy điều quan trọng là đảm bảo các vật liệu tương thích chân không. Pin cũng cần phải tương thích chân không. Hầu hết các epoxies IC đều tương thích chân không, nhưng điều này cần phải được kiểm tra.

Lưu ý bên lề: Kapton là một chân không tương thích và có một khoảng nhiệt độ rộng, tuyệt vời để sử dụng trên tàu vũ trụ, nó là một vật liệu tuyệt vời.

Nó cũng sẽ là thuận lợi để kiểm tra dự án của bạn trong chân không trong vài ngày để đảm bảo nó vẫn hoạt động. Bạn cũng cần đảm bảo vỏ bọc không kín khí (bình chịu áp lực) thường không được phép sử dụng.

Bạn cũng muốn đảm bảo nhiệt độ của thiết bị điện tử sẽ ở trong nhiệt độ vận hành vì mọi thứ có thể rất nóng hoặc lạnh vì không có không khí để cân bằng nhiệt độ.

Bạn có thể muốn tiếp cận với một cộng đồng tên lửa , có những sinh viên khởi động các dự án mọi lúc trên tên lửa.

Một điện áp không phải là một số tuyệt đối. Một điện áp là một sự khác biệt về tiềm năng giữa hai điểm. Nếu bạn nói điện áp là "0V" thì điều đó có nghĩa là nút bạn đang đo có cùng tiềm năng với "mặt đất" của bạn (sự khác biệt về tiềm năng giữa nút và mặt đất là 0V). Nếu bạn nói điện áp là "12V", điều đó có nghĩa là nút bạn đang đo có điện thế cao hơn 12 volt so với mặt đất. Một lần nữa, điện áp là một sự khác biệt , và do đó điểm tham chiếu của bạn ("mặt đất") là tùy ý. Bạn có thể đặt nó ở bất cứ đâu trong mạch của bạn, và tất cả điều đó có nghĩa là bất kỳ điện áp nào khác bạn đo được là sự khác biệt tiềm năng giữa mặt đất được chọn và nút bạn đang đo.

Trong các dự án CubeSat mà tôi đã làm việc, cấu trúc nhôm được sử dụng làm điểm nối đất. Và mọi hệ thống con đều có căn cứ của chúng khớp với đầu nối PC104.

Tốt nhất là nói chuyện với một kỹ sư hệ thống điện hoặc hệ thống dự án.

Một phần, những gì bạn có thể làm cho một mặt đất có thể phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật xung quanh của việc phóng, bạn sẽ cần phải kiểm tra. Tôi đưa ra giả thuyết rằng thí nghiệm sẽ được đưa vào không gian trống. Trong tất cả các khả năng, bạn nên kẹp đầu cực âm của pin (tôi đoán) đang cấp nguồn cho nguồn điện USB 5v của bạn vào khung kim loại phù hợp hoặc trường hợp thử nghiệm và sử dụng nó làm tài liệu tham khảo của bạn. Bất kỳ thiết bị yêu cầu nối đất có thể được kết nối với khung. Nếu thí nghiệm của bạn thực hiện truyền, tôi đưa ra giả định rằng nó có một loại sắp xếp ăng-ten bên ngoài vỏ.

Như nhiều người đã nói, vấn đề này đã được giải quyết cho bạn. Các kỹ thuật viên dự án sẽ có các thông số kỹ thuật nền tảng cho bạn. Tuy nhiên, để giúp bạn hiểu những gì đang xảy ra ....

Nối đất trong không gian hoạt động giống như cách bạn nối đất với ô tô. "Khung gầm" đại diện cho mặt phẳng điện được nối đất và "cột pin âm" (tiềm năng tham chiếu cho nguồn cung cấp năng lượng của tên lửa) được kết nối với nó. Điều này là cần thiết bởi vì sự kết hợp của những chiếc lốp xe đẹp mà chúng ta đã được cấp trong thời đại hiện đại và nhựa đường cách nhiệt chiếc xe khỏi một "mặt đất" truyền thống.

Hãy nhớ rằng, mạch của bạn hoạt động dựa trên sự khác biệt về tiềm năng điện. Giả sử nó chạy trên 1.1v. Sẽ không có vấn đề gì nếu điện áp mặt đất và nguồn thực tế là 0v và 1.1v hoặc 10.000v và 10.001.1v, Rasberry vẫn hoạt động.

Điều quan trọng cần nhớ là gọi mặt bằng "0v" là một khái niệm toán học, không nhất thiết là vấn đề của thực tế. Nó làm cho toán dễ dàng, đó là lý do tại sao chúng ta giả định nó. Miễn là chúng ta có một cách có thể dự đoán để có được sự khác biệt mà chúng ta cần giữa hai tài liệu tham khảo, chúng ta không thực sự quan tâm những tài liệu tham khảo đó thực sự là gì.

Cách đây rất lâu, tôi đã giúp thiết kế các mạch Futurebus, được thiết kế để hoạt động trong các vệ tinh. Các chip này bao gồm các mạch kết nối hai mặt phẳng để bảo đảm điện áp thoáng qua trên một mặt phẳng (mặt đất hoặc nguồn) cũng xảy ra trên mặt phẳng đối diện để đảm bảo sự khác biệt tiềm năng hoạt động bên trong chip luôn giống nhau, do đó ổn định hoạt động của chip trong môi trường nơi a "mặt đất" truyền thống không tồn tại.

Điều này rất quan trọng vì tấm rho của mặt phẳng nguồn và mặt đất và điện trở của dây nối chip với phần còn lại của thế giới đủ lớn để gây ra sự thay đổi điện áp cục bộ trên các mặt phẳng (gây ra sự khác biệt tiềm năng thay đổi). Trên trái đất, bạn phần nào bỏ qua điều đó bởi vì việc thay thế con chip trong cơ hội hàng triệu người có thể thất bại không phải là vấn đề lớn. Không gian không phải là chỗ ở. (Lưu ý rằng đây là một thời gian dài trước đây. Khoa học vật liệu hiện đại có thể có các kim loại không còn yêu cầu mức độ hoang tưởng đó nữa.)

Tiếp đất trong trường hợp của bạn có nghĩa là kết nối với điện tích trung bình của khối lượng lớn nhất có sẵn (đó là phần thân của tên lửa thay vì Trái đất). Đó sẽ là tham chiếu giá trị mặt đất và phần còn lại sẽ là sự khác biệt điện áp khi so sánh với điều đó.