Messa a terra nello spazio

Sto lavorando a un progetto che verrà lanciato all'interno di un razzo Blue Origin New Shepard e ho bisogno di conoscere i dettagli di come sarà basato il nostro esperimento. L'esperimento avrà un alimentatore USB 3.0 da 5 V e alimenterà un Raspberry Pi Zero W. Come potrei mettere a terra la nostra elettronica in questa capsula?

Parla con i progettisti di veicoli spaziali, devono avere qualcuno che coordini le specifiche elettriche per le apparecchiature di bordo e probabilmente dovrai soddisfare le loro specifiche.

Probabilmente dovresti collegare la terra sull'RPi alla custodia per la schermatura elettrica. Se nel payload sono presenti altri esperimenti, è necessario disporre di alcune linee guida dell'ingegnere dei sistemi in materia di compatibilità elettromagnetica. Casualmente, ecco un esempio di ciò che dovresti ottenere (quel link è per un CubeSat). Ad esempio, il degassamento è particolarmente importante se ci sono ottiche coinvolte in qualsiasi parte del / i carico / i. Ci saranno ICD.

Se l'ambiente sarà privo di aria, dovrai garantire un adeguato design termico per far uscire il calore senza consentire alle temperature di giunzione dei trucioli di salire troppo in alto, e le forze G e le vibrazioni durante il lancio sono in genere abbastanza gravi, quindi ci sarà probabilmente una connessione termica e meccanica piuttosto solida dal PCB all'alloggiamento.

È necessario portare un contenitore pieno di terra e collegarlo alla terra del circuito.

No, non lo fai. La terra come terra ha un significato speciale se a) la terra non viene utilizzata come conduttore di ritorno in una rete elettrica, b) non è necessario garantire che le parti conduttive delle apparecchiature non abbiano un potenziale pericoloso rispetto alla terra (il che rende un incidente molto probabilmente se ci si aspetta che le persone stiano sulla terra).

Per consigli su come farlo - come menzionato in altre risposte, fai qualunque cosa il venditore di lancio ti dica di fare.

Come potrei mettere a terra la nostra elettronica in questa capsula?

Lo metti a terra sull'involucro, tuttavia ti rendi conto che l'involucro sarà 'fluttuante' e può cambiare la tensione, il che non farà differenza per l'elettronica all'interno dell'involucro se l'involucro è conduttivo, se l'involucro non è continuo, questo potrebbe creare problemi con la ricarica.

Tuttavia, possono esserci problemi per qualsiasi "potenziale esposto" poiché questi raccolgono cariche superficiali dall'ambiente spaziale (che include il plasma). La Stazione Spaziale Internazionale può cambiare la tensione in qualcosa come -10 a 25 V rispetto a una carica neutra. Quindi non mi preoccuperei troppo se non ci sono potenziali esposti, se si hanno celle solari o sensori all'esterno della superficie netta, è necessario tenere conto della carica.

L'ambiente dello spaziotempo è un brutto posto che comprende radiazioni (solare e cosmica), plasmi e vuoto. Ciò può creare problemi all'elettronica commerciale a causa della temperatura. Il vuoto può effettivamente erodere alcuni materiali (come il PVC), quindi è importante assicurarsi che i materiali siano compatibili con il vuoto. La batteria deve anche essere compatibile con il vuoto. La maggior parte dei epossidici IC sono compatibili con il vuoto, ma questo deve essere verificato.

Nota a margine: Kapton è compatibile con il vuoto e ha un ampio intervallo di temperatura, ottimo per l'uso su veicoli spaziali, è un materiale meraviglioso.

Sarebbe anche vantaggioso testare il tuo progetto nel vuoto per diversi giorni per assicurarti che funzioni ancora. Dovrai anche assicurarti che l'involucro non sia a tenuta d'aria (un recipiente a pressione) che generalmente non è consentito.

Dovrai anche assicurarti che la temperatura dell'elettronica sia all'interno della temperatura di funzionamento poiché le cose possono diventare molto calde o fredde in quanto non c'è aria per equilibrare la temperatura.

Potresti voler contattare una solida comunità di missili , ci sono studenti che lanciano continuamente progetti sui missili.

Una tensione non è un numero assoluto. Una tensione è una differenza di potenziale tra due punti. Se si dice che una tensione è "0 V", ciò significa che il nodo che si sta misurando ha lo stesso potenziale della "terra" (la differenza di potenziale tra il nodo e la terra è 0 V). Se dici che la tensione è "12V", ciò significa che il nodo che stai misurando ha un potenziale di 12 volt più alto rispetto al suolo. Ancora una volta, la tensione è una differenza , e quindi il tuo punto di riferimento ("terra") è arbitrario. Puoi metterlo ovunque nel tuo circuito, e tutto ciò significa che qualsiasi altra tensione che misuri è la differenza potenziale tra quella terra scelta e il nodo che stai misurando.

Sui progetti CubeSat a cui ho lavorato, la struttura in alluminio è stata utilizzata come punto di messa a terra. E ogni sottosistema aveva i propri terreni abbinati a un connettore PC104.

È meglio parlare con un sistema di alimentazione o un ingegnere del sistema di progetto.

In parte, ciò che puoi fare per un terreno può dipendere dalle specifiche circostanti del lancio, dovrai verificarlo. Presumo che l'esperimento verrà lanciato autonomamente nello spazio libero. Con ogni probabilità, dovresti bloccare il terminale negativo della batteria (suppongo) che stia alimentando il tuo alimentatore USB 5v con il telaio o il caso di metallo adatto dell'esperimento e utilizzalo come riferimento. Qualsiasi apparecchiatura che richiede la messa a terra può essere collegata al telaio. Se il tuo esperimento effettua trasmissioni, presumo che abbia una sorta di disposizione dell'antenna al di fuori del caso.

Come molti hanno già detto, questo problema è già stato risolto per te. I tecnici del progetto avranno le specifiche di messa a terra per te. Tuttavia, per aiutarti a capire cosa sta succedendo ....

La messa a terra nello spazio funziona allo stesso modo della messa a terra di un'automobile. Lo "chassis" rappresenta il piano elettrico messo a terra e il "polo negativo della batteria" (il potenziale di riferimento per l'alimentazione del razzo) è collegato ad esso. Ciò è necessario perché la combinazione di quei bellissimi pneumatici che diamo per scontato nella nostra epoca moderna e l'asfalto isola la macchina da una tradizionale "terra".

Ricorda, il tuo circuito opera sulla differenza dei potenziali elettrici. Supponiamo che stia funzionando su 1.1v. Non importa se le tensioni di terra e sorgente effettive sono 0v e 1,1v o 10.000v e 10,001,1v, il Rasberry continuerà a funzionare.

È importante ricordare che chiamare "0v" è un concetto matematico, non necessariamente un problema di realtà. Rende facile la matematica, motivo per cui la ipotizziamo. Finché abbiamo un modo prevedibile per ottenere la differenza di cui abbiamo bisogno tra i due riferimenti, non ci interessa davvero quali siano effettivamente quei riferimenti.

Molto tempo fa ho aiutato a progettare circuiti Futurebus, progettati per funzionare con i satelliti. Tali chip includevano circuiti che collegavano i due piani per assicurare tensioni transitorie su un piano (terra o sorgente) avvenuti anche sul piano opposto per garantire che la differenza di potenziale operativo all'interno del chip fosse sempre la stessa, stabilizzando in tal modo il funzionamento del chip in un ambiente in cui un la tradizionale "terra" non esisteva.

Questo era importante perché il foglio di terra e gli aerei sorgente e la resistenza dei fili che collegavano il chip al resto del mondo erano abbastanza grandi da causare variazioni locali della tensione sugli aerei (facendo variare la differenza potenziale). Sulla terra, in qualche modo ignori che, poiché la sostituzione del chip con la possibilità da un milione a uno potrebbe non riuscire, non è un grosso problema. Lo spazio non è così accomodante. (Si noti che questo è accaduto molto tempo fa. La moderna scienza dei materiali potrebbe avere metalli che non richiedono più quel livello di paranoia.)

Mettere a terra nel tuo caso significa collegarsi alla carica media della più grande massa disponibile (che è il corpo del razzo invece della Terra). Questo sarà il riferimento del valore di terra e il resto sarà una differenza di tensione rispetto a quella.