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至深空探测中的综合电子技术研究

发布时间:2021-09-21

深空探测中的综合电子技术研究

3.1国外利用情况综合电子技术早是NASA为满足其火星探测器任务需求提出并实现的。NASA早在其火星探测器Soouner和地面原理样机Pathfinder中使用了综合电子技术。Soouner中仅用两块板实现了探测器所有的信息处理和2次电源的能源分配,Pathfinder采取综合电子系统,将姿轨控系统和数管系统合为1个系统,并集成了遥测、遥控、能源分配等功能。Pathfinder中综合电子技术的利用为2003年发⑸17-射的 机遇 号和 勇气 号火星车综合电子线路的成功利用奠定了良好的基础。综合电子线路盒使用RAD6000作为核心处理器,完成遥控、遥测、路径计划、自主导航、机电2010年控制、图象收集、载荷管理等任务。综合电子技术在 机遇 号和 勇气 号火星车上的成功利用及其巨大优势使得NASA大受鼓舞,NASA后续准备发射的火星采样返回探测器MSRP,火星生物实验室巡查器AFL都无1例外的采取了综合电子技术。

除深空探测器外,NASA还在其它多颗卫星平台中推行利用综合电子技术。新千年计划的星ST5使用了集中式电子系统,并于2006年成功发射。2009年发射的月球卫星LRO也采取高性能、模块化的综合电子系统,主要负责上行指令的接收与处理、导航控制、载荷数据收集、遥测数据下传等任务。

ESA最近几年来发射的多颗卫星中也大量使用综合电子技术。2001年发射的PROBA系列小卫星星PR0BA1实现在姿轨控分系统和数管分系统的综合;2005年发射的SpaceBUS4000采取卫星管理单元完成姿轨控、能源、有效载荷、热控、遥控、遥测、展开机构、太阳帆板驱动机构等任务和装备的管理;2005年发射的ESA探月星SMART⑴由中心计算机实现星务管理、姿轨控、载荷管理,设置遥测遥控等远置单元实现遥控接收与指令、遥测下行和接口数据收集;2006年建筑材料及构件耐火性能实验BS 476 Part 20~part24:1987发射的大气变化观测卫星Aeolus采取由SaabEricsson开发的卫星管理单元,集中实现星务、姿轨控、遥测遥控、2次配电、载荷数据收集与管理;2009年发射的PROBA系列小卫星第2发星PROBA2在PROBA1的基础上通过采取ESA下1代空间处理器AT697近1步实现了数管、控制、配电、载荷管理等电子线路的综合,电子线路质量由PROBA1的15.8kg下降到13.3kg,功耗也从23.3W减小到19.7W,载荷比由30提高到40. 3.2国内利用情况国内综合电子技术起步较晚,2006年为满足我国月球探测工程2期中月面巡查器的需要,中国空间技术研究院开始展开综合电子技术的预先研究工作,经过几年的攻关,目前该研究成果已成功利用于月面巡查探测器中,各项指标满足型号任务需求。

鉴戒月面巡查器的成功经验,我国新研制的实验卫星和新平台卫星也开始论证综合电子技术利用的可行性,有些已开始进入工程实行阶段。

4综合电子主要技术难点综合电子技术打破了传统航天器研制中各分系统的界面,实现了软、硬件资源的优化和公道配置,有效提高了航天器平台载荷比。综合电子技术在研究和利用的进程中需要解决的困难主要包括以下几个部份:高性能、高可靠空间计算机研制;空间实时多任务操作系统开发;综合电子内部各功能模块的定义和划分;综合电子结构、热及EMC技术;综合电子集成、测试技术。

4.1高可靠、高性能空间计算机研制硬件资源和软件功能的综合集成,要求深空探测航天器必要具有极高的运行及数据处理能力。传统航天器中各分系统都有各自的计算机,整星采取散布式计算架构,对单个计算机的运算处理能力要求不高。综合电子技术采取统1的计算机对航天器的平台或载荷的数据进行集中处理,从而对计算机的运行处理能力和可靠性都提出了更高的要求。

高可靠、高性能空间计算机研制必须解决的技术问题包括:高性能空间处理器技术;大容量存储器技术;高速总线技术;空间计算机体系结构研究。

目前NASA空间项目中使用的高性能空间计算机主要是基于6000C35MIPS)和RAD750禁运和技术限制等因素,国内已展开了相干研究但都还没有得到实际利用,目前高性能处理器及存储器主要是从欧洲进口。目前国内已开发并成功利用的高性能空间计算机是基于AT697进行研制的,高运行频率为100MHz,小系统数据存储器容量为20MB,程序存储包括32KB的PROM和2M的EEPROM,另外自带16Gb的大容量存储功能。

空间实时多任务操作系统开发软件的综合致使深空探测航天器软件必定是1个实时多任务软件,软件的复杂度和任务的实时性要求都将提高。为满足任务需求必须研制实时多任务操作系统对硬件资源进行动态调度,大限度地利用有限的硬件资源。1个真正意义上的实时多任务操作系统需要解决以下几个技术难点:内存动态管理技术;基于多优先级队列的时间片轮转任务调度技术;快速中断响应技术;信号量与消息队列动态同步技术;微内核技术。

4.3综合电子功能模块的定义和划分由于打破了传统航天器各分系统的界限,综合电子技术必须重新定义和划分功能界面。为保证技术的实际可行性,模块的划分必须斟酌并遵守以下原则:各模块功能独立,便于分解;各另外模块接口尽可能简单、可靠。

功能模块的重新划分必须斟酌到实现中的技术壁垒、利益划分等非技术因素,必须制定切实可行的产品保证要求,以保证技术的顺利实现。

4.4综合电子结构、热及EMC技术综合电子结构设计为综合电子各模块提供力学支持和良好的电磁及热工作环境,是综合电子技术的重要组成部份。

为满足任务需求,综合电子结构设计在满足力学强度要求的条件下必须大限度的实现减重,可以从结构和材料两方面采取措施,如采取新型无线缆设计,采取镁铝合金等。

电子线路的集成,必定带来散热和EMC问题,如何保证良好的散热和EMC屏蔽也是综合电子结构设计面临的1大挑战。

4.5综合电子集成测试技术综合电籽实现了多个分系统的综合和集成,系统的复杂度将会巨增,如何保证集成测试的全面性和有效性是综合电子技术又1困难。集成测试中出现问题的分析、定位难度变大,需要测试人员对多个系统的专业知识都有1定程度的掌握,对测试人员的技术水平要求提高。

5月面巡查器综合电子技术简介由于体积、质量和功耗束缚严酷,我国月面巡查器中首次采取综合电子技术,对平台和有效载荷电子从供需两方面共同改变了世界石油市场的供需格局装备硬件进行集成,提高硬件复用程度,同时优化电子系统结构,公道划分软硬件功能,以到达以较低的硬件代价满足系统功能、性能的目标。新设计的综合电子单元实现了原卫星平台的控制计算机、数管中心计算机、中心遥控、中心遥测等4台单机装备,和电源控制器的部份功能,承当对应原控制分系统和数管分系统的核心处理功能。

依照功能独立、工程研制明晰的原则,月面巡查器综合电子在功能上被划分为中心计算机主备份模块、容错管理模块、2次电源模块、移动/机构控制与驱动模块、遥控处理模块、遥测处理模块、供配电处理模块,火工品与热控处理模块,这些模块被设计集成安置在同1机箱内,全部机箱被划分为上下两个舱,两舱由总线板隔断;底舱用于装置2次电源模块,其它各功能模块被设计插装在总线板上,安置在顶舱;各功能模块在机箱内部通过总线板完成电气互连,相互配合统1完成综合电子单元功能。

月面巡查器综合电子单元的主要技术创新点包括:基于AT697高性能空间计算机的研制;SpaceOS-多任务实时操作系统的开发;两舱式无线缆机箱设计。

6结论综合电子技术通过对平台和有效载荷电子装备硬件进行集成,提高硬件复用程度,优化电子系统结构,公道划分软硬件功能,下降质量、体积和功耗的同时也提高了系统的可靠性,有效解决了深空探测任务所面临的困难。该技术可推行利用到其它航天器中,提高航天器本身性能和可靠性的同时可显著提高载荷平台比,延长航天器的使用寿命。