¿Qué es Electrónica espacial?

Teoría y tecnología electrónica para ingeniería aeroespacial, exploración espacial y diversos sistemas de satélites de aplicación. Se requiere una gran cantidad de equipo electrónico en las naves espaciales y las instalaciones terrestres aeroespaciales. La nave espacial vuela en el distante espacio exterior y la conexión con la tierra se basa principalmente en la radio.

Los equipos espaciales y terrestres se combinan en un todo mediante ondas de radio. Por lo tanto, la electrónica espacial es una tecnología y una teoría electrónica que incluye el espacio y la tierra, y el proceso de propagación de ondas de radio.

Descripción general del desarrolloEn 1957, se lanzó al cielo el primer satélite terrestre artificial del mundo, utilizando sistemas de seguimiento por radio y telemetría de radio (consulte Sistema de control y medición aeroespacial, Sistema de medición sin seguimiento de radio, Tecnología de telemetría).

En la década de 1960 se lanzaron varios satélites científicos y naves espaciales tripuladas, y se establecieron una variedad de sistemas de satélites de aplicación. Las naves espaciales deben mantener una órbita y una actitud específicas durante la operación, y deben realizar ciertas maniobras o ajustes cuando sea necesario.

Por este motivo, se han desarrollado tecnologías de control de la posición y la órbita de las naves espaciales. Entre ellas, los sistemas de control y medición de radio y los sistemas de seguimiento y medición de radio en tierra se han convertido en un método muy importante.

El exitoso lanzamiento del primer satélite de comunicaciones geoestacionario en 1964 llevó la tecnología de las comunicaciones a una etapa completamente nueva. El ancho de banda útil total del "Satélite Internacional de Telecomunicaciones" V ha alcanzado los 2.300 MHz y puede transferir hasta 12.000 canales de voz bidireccionales.

El nuevo sistema de acceso múltiple por división de tiempo permitirá que la comunicación logre una mayor eficiencia y velocidad. Se están desarrollando satélites de transmisión y los televisores en color que transmiten en vivo en la banda Ku pueden usar antenas con un diámetro de menos de 1 metro para lograr resultados satisfactorios.

Los sistemas de educación por satélite, los sistemas de conferencias por satélite, los sistemas postales por satélite y los sistemas de rescate por satélite también están surgiendo rápidamente. La instalación de instrumentos de teledetección ópticos y electrónicos de alta resolución en la nave espacial puede detectar la atmósfera terrestre, la tierra y los océanos y obtener una gran cantidad de información.

Para transmitir una gran cantidad de datos de detección al suelo, se desarrolló un sistema de transmisión de datos por satélite de alta velocidad. La exploración del espacio profundo es un logro importante de la tecnología aeroespacial, que promueve un mayor desarrollo de la electrónica espacial.

La sonda espacial lanzada a fines de la década de 1970 se acercó a Júpiter y Saturno después de varios cientos de millones a mil millones de kilómetros de vuelo, observó y fotografió sus imágenes y envió datos con una tasa de transmisión de más de 100 kilobits por segundo., Es el gran logro. de la comunicación a larga distancia en electrónica.

Contenido de la investigación dela electrónica espacial La principal investigación de la electrónica espacial: tecnología de procesamiento, almacenamiento y control de la información dentro de la nave espacial; tecnología de suministro de energía y estabilización de la nave espacial; tecnología de seguimiento, medición, posicionamiento, telemetría y control remoto de la nave espacial; satélite tecnología de comunicación y radiodifusión; Tecnología de detección espacial y teledetección, tecnología de transmisión de señales de datos grandes a larga distancia, tecnología de reconocimiento y procesamiento de imágenes por teledetección; Uso de tecnología de posicionamiento por radio por satélite para objetos en movimiento.

Además, existen teorías y tecnologías relacionadas con estas tecnologías electrónicas: teoría de la comunicación digital, teoría del control automático, teoría de la antena de ondas de radio, teoría y tecnología antiinterferente, tecnología y teoría de procesamiento de teledetección, tecnología microelectrónica, etc.

Las característicasde la electrónica espacial "La electrónica espacial aplicada a los sistemas aeroespaciales tiene algunas características que son diferentes de otros aspectos de la tecnología electrónica.

Los requisitos para los equipos electrónicos en las naves espaciales son tamaño pequeño, peso ligero, bajo consumo de energía (alta eficiencia), alta confiabilidad y gran capacidad para soportar condiciones ambientales extremas. Para los vuelos espaciales tripulados, los requisitos de fiabilidad son aún mayores.

Las principales medidas para asegurar la confiabilidad incluyen: mejorar la confiabilidad de los componentes y dispositivos electrónicos; adoptar tecnología tolerante a fallas en el diseño de sistemas electrónicos; evitar el uso de componentes y dispositivos electrónicos en condiciones críticas de carga; Los equipos electrónicos funcionan en las mejores condiciones ambientales. .

La parte terrestre del sistema electrónico espacial debe tener una alta sensibilidad de recepción, una gran potencia de transmisión y una gran antena de recepción o transmisión. En la tecnología aeroespacial, la distancia operativa es un tema destacado.

Para los satélites de altitud media de más de 1.000 kilómetros, el rango de operación debe alcanzar los 4000 kilómetros, para los satélites geoestacionarios, debe alcanzar más de 40.000 kilómetros, para las sondas espaciales que llegan a Venus, debe alcanzar los 40 millones de kilómetros; para las sondas espaciales que llegan a Júpiter, debe alcanzar los 6 mil millones de kilómetros.

El equipo electrónico de la nave espacial está limitado por el volumen, el peso y la fuente de alimentación. Después de seleccionar el sistema de comunicación, se basa principalmente en el equipo de tierra para resolver el problema del alcance.

La detección y el seguimiento del espacio requieren una resolución y precisión extremadamente altas. Con el desarrollo de los satélites de observación de la Tierra, la capacidad de resolución y la capacidad de discriminación de nivel necesarias para la detección continúan aumentando.

Por ejemplo, para los satélites de recursos terrestres y los satélites de vigilancia marina, se requiere distinguir los objetivos terrestres de varias decenas de metros o menos desde una altitud de 800 a 1000 kilómetros.

Los sensores remotos por satélite que han tenido éxito incluyen escáneres multiespectrales y radares de apertura sintética. A medida que aumentan la aplicación de la precisión del control de posición y posicionamiento por satélite y los requisitos en tiempo real, también se mejoran continuamente los requisitos de resolución y precisión de la medición del sistema de medición y control.

La precisión de la medición del ángulo puede alcanzar los 0,05 grados; la resolución de alcance del sistema de radio puede alcanzar 1 metro, el sistema de alcance del láser puede alcanzar varios centímetros; la precisión de la medición de la velocidad puede alcanzar 1 cm / s; la precisión del control de actitud del satélite geoestacionario puede alcanzar los 0,1 grados .

Para desempeñar el papel de varios satélites de aplicación, los equipos electrónicos espaciales deben tener un rendimiento de banda ancha y alta velocidad. La cantidad de datos obtenidos de la observación de la Tierra o la exploración espacial está aumentando, y es necesario transmitirlos a la estación receptora terrestre dentro de un cierto período de tiempo.

Para ello, se requiere un sistema de transmisión por radio de banda ancha y alta velocidad, que promueva la electrónica espacial a un desarrollo de banda de frecuencia más alta. El aumento de la frecuencia puede aumentar considerablemente el ancho de banda de transmisión de todo el sistema.

Al mismo tiempo, los usuarios de las bandas de frecuencia de comunicación comúnmente utilizadas en el espacio ya están muy saturados y es necesario abrir nuevas bandas de frecuencia, como la banda Ku (12.5-18 GHz), la banda K y Ka (20-40 GHz).

La ingeniería informática y de sistemas se utiliza ampliamente en los sistemas electrónicos espaciales. El diseño y la transformación de la señal en la transmisión a larga distancia, la compresión de la banda de frecuencia de la señal, la telemetría satelital y el procesamiento de datos por teledetección, la posición de la nave espacial, la órbita, las maniobras y el control del estado de funcionamiento requieren el uso de computadoras.

En muchos casos, las computadoras ni siquiera son necesarias (como control en tiempo real de la actitud del satélite, procesamiento rápido de grandes volúmenes de datos, etc.).

Desde la tierra hasta el espacio, los sistemas electrónicos espaciales son complejos y enormes, y en su mayoría son sistemas de control en tiempo real con retroalimentación de información. Los principios y métodos de la cibernética y la ingeniería de sistemas deben aplicarse para la demostración y el diseño.