การต่อลงดินในอวกาศ

ฉันกำลังทำงานในโครงการที่จะเปิดตัวภายในจรวดBlue Shepard New Shepardและจำเป็นต้องรู้รายละเอียดว่าการทดสอบของเราจะมีการลงกราวด์อย่างไร การทดลองจะมีแหล่งจ่ายไฟ 5 V USB 3.0 และจะจ่ายไฟให้กับ Raspberry Pi Zero W. ฉันจะต่อสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเรากับแคปซูลนี้ได้อย่างไร

พูดคุยกับนักออกแบบยานอวกาศพวกเขาจะต้องมีคนประสานงานสเปคไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์บอร์ดและคุณอาจต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดของพวกเขา

คุณอาจเชื่อมต่อสายดินบน RPi เข้ากับตัวหุ้มเพื่อหุ้มฉนวนไฟฟ้า หากมีการทดลองอื่น ๆ ในส่วนของข้อมูลคุณควรมีแนวทางจากวิศวกรระบบในเรื่องของ EMC เพียงแค่สุ่มนี่คือตัวอย่างของสิ่งที่คุณควรได้รับ (ลิงค์นั้นมีไว้สำหรับ CubeSat) ตัวอย่างเช่นการปล่อยก๊าซมีความสำคัญอย่างยิ่งหากมีส่วนเกี่ยวข้องกับทัศนศาสตร์ในส่วนของส่วนของข้อมูลใด ๆ จะมี ICD

หากสภาพแวดล้อมใกล้จะสูญเปล่าคุณจะต้องแน่ใจว่าการออกแบบความร้อนที่เพียงพอเพื่อให้ความร้อนออกมาโดยไม่อนุญาตให้อุณหภูมิทางแยกของชิปสูงขึ้นเกินไปและแรง G และแรงสั่นสะเทือนในระหว่างการเปิดตัวโดยทั่วไปค่อนข้างรุนแรงดังนั้น จะมีการเชื่อมต่อทางความร้อนและเชิงกลที่ค่อนข้างแข็งจาก PCB ไปยังที่อยู่อาศัย

คุณต้องนำภาชนะที่เต็มไปด้วยโลกและเชื่อมต่อกับพื้นวงจร

ไม่คุณทำไม่ได้ โลกตามพื้นดินมีความหมายพิเศษเล็กน้อยถ้า a) ไม่ใช้ดินเป็นตัวนำส่งคืนในกริดพลังงาน b) ไม่จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ที่นำไฟฟ้าไม่มีส่วนที่เป็นอันตรายเมื่อเทียบกับโลก (ซึ่งทำให้เกิดอุบัติเหตุมาก มีโอกาสถ้าคนคาดว่าจะยืนอยู่บนโลก)

สำหรับคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการใช้งาน - ดังที่ได้กล่าวไว้ในคำตอบอื่น ๆ ให้ทำทุกสิ่งที่ผู้ขายเปิดตัวบอกให้คุณทำ

ฉันจะต่อสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเรากับแคปซูลนี้ได้อย่างไร

คุณต่อสายดินเข้ากับตู้อย่างไรก็ตามทราบว่าตู้จะเป็นแบบ 'ลอย' และสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าได้ซึ่งจะไม่สร้างความแตกต่างสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในตู้ถ้ากล่องนั้นเป็นสื่อนำไฟฟ้าหากกล่องไม่ทำงานอย่างต่อเนื่อง ปัญหาเกี่ยวกับการชาร์จ

อย่างไรก็ตามอาจมีปัญหาสำหรับ 'ศักยภาพที่ได้รับสัมผัส' เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เก็บประจุพื้นผิวจากสภาพพื้นที่ (รวมถึงพลาสมา) สถานีอวกาศนานาชาติสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเป็น -10 ถึง 25V ด้วยความเคารพต่อประจุที่เป็นกลาง ดังนั้นฉันจะไม่ต้องกังวลมากเกินไปถ้าคุณไม่มีศักยภาพที่เปิดเผยหากคุณมีเซลล์แสงอาทิตย์หรือเซ็นเซอร์ที่ด้านนอกการชาร์จพื้นผิวสุทธิจะต้องนำมาพิจารณา

สภาพกาลอวกาศเป็นสถานที่ที่น่ารังเกียจซึ่งรวมถึงการแผ่รังสี (แสงอาทิตย์และจักรวาล) พลาสม่าและสุญญากาศ สิ่งนี้สามารถสร้างปัญหาให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงพาณิชย์ได้เนื่องจากอุณหภูมิ เครื่องดูดฝุ่นสามารถกัดกร่อนวัสดุบางชนิด (เช่น PVC) ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าวัสดุนั้นเข้ากันได้กับเครื่องดูดฝุ่น แบตเตอรี่ต้องมีความเข้ากันได้กับสุญญากาศ IC epoxies ส่วนใหญ่เข้ากันได้กับสุญญากาศ แต่ต้องมีการตรวจสอบ

หมายเหตุด้านข้าง: Kapton นั้นเข้ากันได้กับสุญญากาศและมีช่วงอุณหภูมิกว้างเหมาะสำหรับยานอวกาศมันเป็นวัสดุที่น่าแปลกใจ

นอกจากนี้ยังจะเป็นประโยชน์ในการทดสอบโครงการของคุณในสุญญากาศเป็นเวลาหลายวันเพื่อให้แน่ใจว่ายังใช้งานได้ คุณจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าตู้ไม่แน่น (ถังแรงดัน) ซึ่งโดยทั่วไปไม่ได้รับอนุญาต

นอกจากนี้คุณยังต้องแน่ใจว่าอุณหภูมิของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะอยู่ในอุณหภูมิการทำงานเนื่องจากสิ่งต่าง ๆ จะร้อนหรือเย็นมากเนื่องจากไม่มีอากาศที่จะปรับอุณหภูมิให้สมดุล

คุณอาจต้องการเข้าถึงชุมชนจรวดที่มีเสียงดังมีนักเรียนที่เปิดตัวโครงการตลอดเวลาบนจรวด

แรงดันไฟฟ้าไม่ใช่จำนวนสัมบูรณ์ แรงดันไฟฟ้าคือความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุด ถ้าคุณบอกว่าแรงดันไฟฟ้าคือ "0V" นั่นหมายความว่าโหนดที่คุณวัดนั้นมีศักยภาพเท่ากับ "กราวด์" ของคุณ (ความต่างศักย์ระหว่างโหนดกับกราวด์คือ 0V) ถ้าคุณบอกว่าแรงดันไฟฟ้าคือ "12V" นั่นหมายความว่าโหนดที่คุณกำลังวัดมีศักย์ 12 โวลต์สูงกว่าพื้นดิน อีกครั้งแรงดันไฟฟ้ามีความแตกต่างและทำให้จุดอ้างอิง ("กราวด์") ของคุณนั้นเป็นกฎเกณฑ์ คุณสามารถวางไว้ที่ใดก็ได้ในวงจรของคุณและนั่นหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ที่คุณวัดนั้นเป็นความแตกต่างระหว่างสายกราวด์ที่เลือกกับโหนดที่คุณวัด

ในโครงการCubeSat ที่ฉันทำงานอยู่โครงสร้างอลูมิเนียมถูกใช้เป็นจุดลงดิน และทุกระบบย่อยมีเหตุผลที่ตรงกับตัวเชื่อมต่อ PC104

ที่ดีที่สุดคือการพูดคุยกับระบบไฟฟ้าหรือวิศวกรระบบโครงการ

ในส่วนของสิ่งที่คุณสามารถทำได้เพื่อพื้นดินขึ้นอยู่กับข้อกำหนดโดยรอบของการเปิดตัวคุณจะต้องตรวจสอบ ฉันสันนิษฐานว่าการทดสอบจะเปิดตัวในพื้นที่ว่าง ในความเป็นไปได้ทั้งหมดคุณควรหนีบขั้วลบของแบตเตอรี่ (ฉันเข้าใจ) กำลังจ่ายไฟ USB 5v ของคุณไปยังแชสซีโลหะที่เหมาะสมหรือกรณีของการทดลองและใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงของคุณ อุปกรณ์ใด ๆ ที่ต้องการการต่อลงดินสามารถเชื่อมต่อกับตัวเครื่องได้ หากการทดสอบของคุณทำการส่งสัญญาณฉันจะทำการสันนิษฐานว่ามันมีการจัดเรียงเสาอากาศบางอย่างนอกเคส

ดังที่หลายคนกล่าวว่าปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้วสำหรับคุณ โครงการด้านเทคนิคจะมีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับคุณ อย่างไรก็ตามเพื่อช่วยให้คุณเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้น ....

การต่อสายดินในอวกาศทำงานในลักษณะเดียวกับที่คุณยึดติดพื้นรถยนต์ "แชสซี" แสดงถึงระนาบไฟฟ้าที่มีการต่อกราวด์และ "ขั้วลบของแบตเตอรี่" (ศักยภาพการอ้างอิงสำหรับแหล่งจ่ายไฟของจรวด) เชื่อมต่ออยู่กับมัน นี่เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากการผสมผสานของยางที่สวยงามเหล่านั้นซึ่งเราได้รับอนุญาตในยุคสมัยของเราและแอสฟัลต์ทำหน้าที่หุ้มฉนวนรถจาก "พื้นดิน" แบบดั้งเดิม

โปรดจำไว้ว่าวงจรของคุณทำงานกับความต่างศักย์ไฟฟ้า สมมติว่ามันทำงานบน 1.1v ไม่สำคัญว่าพื้นดินและแรงดันไฟฟ้าที่แท้จริงคือ 0v และ 1.1v หรือ 10,000v และ 10,001.1v Rasberry จะยังทำงานได้

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าการเรียก Ground "0v" เป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์ไม่จำเป็นต้องเป็นปัญหาของความเป็นจริง มันทำให้คณิตศาสตร์ง่ายซึ่งเป็นเหตุผลที่เราถือว่ามันเป็น ตราบใดที่เรามีวิธีที่คาดเดาได้เพื่อให้ได้ความแตกต่างที่เราต้องการระหว่างการอ้างอิงทั้งสองเราไม่สนใจว่าการอ้างอิงเหล่านั้นคืออะไร

เมื่อนานมาแล้วฉันได้ช่วยออกแบบวงจร Futurebus ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานในดาวเทียม ชิปเหล่านั้นรวมวงจรที่เชื่อมต่อสองระนาบเพื่อประกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวบนระนาบเดียว (กราวด์หรือแหล่งกำเนิด) ก็เกิดขึ้นบนระนาบตรงข้ามเพื่อให้แน่ใจว่าความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นภายในชิปนั้นเหมือนเดิมเสมอ "พื้นดิน" ดั้งเดิมไม่มีอยู่จริง

นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะระนาบแผ่นของพื้นดินและระนาบต้นทางและความต้านทานของสายเชื่อมต่อชิปกับส่วนที่เหลือของโลกนั้นดีมากพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในท้องถิ่นบนเครื่องบิน บนโลกใบนี้คุณค่อนข้างเพิกเฉยเพราะการแทนที่ชิปด้วยโอกาสเป็นล้านต่อหนึ่งมันอาจล้มเหลวไม่ใช่เรื่องใหญ่ พื้นที่ไม่เพียงพอ (โปรดทราบว่านี่เป็นเวลานานแล้ววิทยาศาสตร์วัสดุสมัยใหม่อาจมีโลหะที่ไม่ต้องการความหวาดระแวงในระดับนั้นอีกต่อไป)

การต่อสายดินในกรณีของคุณหมายถึงการเชื่อมต่อกับค่าเฉลี่ยของมวลที่มีมากที่สุด (นั่นคือร่างกายของจรวดแทนโลก) นั่นจะเป็นการอ้างอิงค่าภาคพื้นดินและส่วนที่เหลือจะเป็นค่าความต่างศักย์เมื่อเปรียบเทียบกับค่านั้น