Заземлення в просторі

Я працюю над проектом, який буде запущений усередині ракети Blue Origin New Shepard, і мені потрібно знати подробиці того, як буде заснований наш експеримент. Експеримент матиме джерело живлення 5 В USB 3.0 і живитиме Raspberry Pi Zero W. Як би я заземлив нашу електроніку в цій капсулі?

Поговоріть з конструкторами космічних кораблів, у них повинен бути хтось, який координує електричні характеристики на бортовому обладнанні, і вам, ймовірно, потрібно буде відповідати їх характеристикам.

Напевно, ви повинні підключити землю на RPi до корпусу для електричного екранування. Якщо є інші експерименти з корисним навантаженням, ви повинні мати вказівки системного інженера з питань ЕМС. Навмисно, ось приклад того, що ви повинні отримати (це посилання призначене для CubeSat). Наприклад, надзвичайна важливість особливо важлива, якщо в будь-якій частині корисного навантаження є оптика. Будуть МКБ.

Якщо навколишнє середовище буде позбавлене повітря, вам доведеться забезпечити адекватну теплову конструкцію, щоб вивести тепло, не дозволяючи температурі стику чіпів підвищуватися занадто високо, а сили G і вібрація під час запуску, як правило, досить сильні, тому ймовірно, буде досить міцне термічне та механічне з'єднання від друкованої плати до корпусу.

Потрібно піднести контейнер, сповнений землі, і підключити його до землі.

Ні, ви цього не робите. Земля як земля має мало особливого значення, якщо а) земля не використовується як зворотний провідник в електромережі; б) немає необхідності у забезпеченні того, щоб електропровідні частини обладнання не мали небезпечного потенціалу щодо землі (що робить аварію дуже ймовірно, якщо люди очікують стояння на землі).

Поради щодо того, як це зробити - як зазначено в інших відповідях, робіть все, що вам наказать виробник запуску.

Як би я заземлив нашу електроніку в цій капсулі?

Ви заземляєте його на корпус, однак розумієте, що корпус буде "плаваючим" і може змінювати напругу, що не матиме значення для електроніки всередині корпусу, якщо корпус провідний, якщо корпус не буде безперервним, це може створити проблеми із зарядкою.

Однак можуть виникнути проблеми з будь-якими «оголеними потенціалами», оскільки вони збирають поверхневі заряди з космічного середовища (включаючи плазму). Міжнародна космічна станція може змінювати напругу на щось на зразок від -10 до 25В щодо нейтрального заряду. Тому я б не переживав надто сильно, якщо у вас немає потенційних можливостей, якщо у вас є сонячні батареї або датчики на зовнішній стороні, заряджання від чистої поверхні потрібно буде враховувати.

Космічне середовище - це неприємне місце, яке включає випромінювання (сонячне та космічне), плазми та вакуум. Це може створити проблеми для комерційної електроніки через температуру. Вакуум може фактично розмивати деякі матеріали (наприклад, ПВХ), тому важливо переконатися, що матеріали сумісні з вакуумом. Акумулятор також повинен бути сумісний з вакуумом. Більшість ІС епоксидів сумісні з вакуумом, але це потрібно перевірити.

Бічна примітка: Kapton сумісний з вакуумом і має широкий температурний діапазон, чудово підходить для використання на космічних апаратах, це чудовий матеріал.

Також було б вигідно протестувати свій проект у вакуумі протягом декількох днів, щоб переконатися, що він все ще працює. Вам також потрібно переконатися, що корпус не є герметичним (посудина під тиском), що, як правило, заборонено.

Ви також хочете переконатися, що температура електроніки буде в межах робочої температури, оскільки речі можуть стати дуже гарячими або холодними, оскільки немає повітря для вирівнювання температури.

Можливо, ви захочете зв’язатися із звуковим ракетним співтовариством. Є студенти, які весь час запускають проекти на ракетах.

Напруга не є абсолютним числом. Напруга - це різниця потенціалів між двома точками. Якщо ви говорите, що напруга "0V", то це означає, що вузол, який ви вимірюєте, має той же потенціал, що і ваш "земля" ( різниця потенціалів між вузлом і землею 0V). Якщо ви говорите, що напруга "12В", це означає, що вузол, який ви вимірюєте, має потенціал на 12 вольт вище за землю. Знову ж таки, напруга - це різниця , і, отже, ваша опорна точка ("земля") є довільною. Ви можете розмістити його в будь-якій точці ланцюга, і все, що означає, що будь-яка інша напруга, яку ви вимірюєте, - це різниця потенціалів між вибраним землею та вузлом, який ви вимірюєте.

У проектах CubeSat, над якими я працював, алюмінієва конструкція була використана як точка заземлення. І для кожної підсистеми було встановлено відповідність підключень PC104.

Найкраще поговорити з енергосистемою або інженером системи проектування.

Частково, що ви можете зробити для ґрунту, може залежати від оточуючих специфікацій запуску, вам потрібно буде перевірити. Я припускаю, що експеримент буде запущений самостійно у вільний простір. З усією ймовірністю, вам слід зафіксувати негативний клем акумулятора (я припускаю), що він підключає джерело живлення 5 В USB до відповідного металевого шасі або корпусу експерименту, і використовувати це в якості орієнтиру. Будь-яке обладнання, що вимагає заземлення, може бути підключене до шасі. Якщо ваш експеримент робить передачі, я висуваю припущення, що воно має якесь розташування антени поза корпусом.

Як багато хто сказав, ця проблема вже вирішена для вас. Технологи проекту матимуть для вас технічні характеристики заземлення. Однак, щоб допомогти вам зрозуміти, що відбувається….

Заземлення в космосі працює так само, як ви землю автомобіля. "Шасі" являє собою заземлену електричну площину і до неї підключений "негативний пост батареї" (опорний потенціал для живлення ракети). Це необхідно, тому що поєднання тих прекрасних шин, які ми приймаємо як належне в наш сучасний час та асфальту, ізолює машину від традиційного «земляного ґрунту».

Пам'ятайте, ваша схема працює на різниці в електричних потенціалах. Припустимо, він працює на 1.1v. Не має значення, чи фактична напруга на землю та джерело становить 0 В та 1,1 В або 10 000 В та 10 001,1 В, Малина все одно працюватиме.

Важливо пам’ятати, що називальний майданчик "0v" - це математичне поняття, не обов'язково питання реальності. Це робить математику легкою, саме тому ми і припускаємо її. Поки ми маємо передбачуваний спосіб отримати різницю, яка нам потрібна між цими двома посиланнями, нас не цікавить, якими є ці посилання насправді.

Дуже давно я допомагав проектувати схеми Futurebus, які були розроблені для роботи в супутниках. Ці мікросхеми включали схеми, що з'єднують дві площини для забезпечення перехідних напруг на одній площині (земля або джерело), ​​а також трапляються на протилежній площині, щоб забезпечити різницю робочих потенціалів всередині мікросхеми завжди однаковою, тим самим стабілізуючи роботу мікросхеми в середовищі, де традиційного "земного ґрунту" не існувало.

Це було важливо, тому що листове покриття площини землі та джерела та опір проводів, що з'єднують мікросхему з рештою світу, були досить великими, щоб викликати місцеві коливання напруги в площинах (через що різниця потенціалів змінювалася). На землі ви дещо ігноруєте, що тому що замінити чіп на шанс мільйона до одного він може не вдатися - це не велика справа. Космос не є таким, щоб розмістити. (Зауважте, що це було давно. Сучасна матеріалознавство може мати метали, які більше не потребують такого рівня параної.)

Заземлення у вашому випадку означає підключення до середнього заряду найбільшої доступної маси (що є тілом ракети замість Землі). Це буде базовим значенням, а решта буде різницею напруги порівняно з цим.