Eelmisel kuul andsime ülevaate meie kuupsatelliidi juhtmooduli riistvara arhitektuurist. Nüüd läheme edasi meie järgmise juhtmooduli ülevaate osaga: juhtmooduli üldise elektrilise arhitektuuriga.
Juhtmooduli elektriline arhitektuur hõlmab peaaegu kõiki juhtmooduli osi, kuna see peab toitma ja võimaldama ohutut ja töökindlat elektrivarustust kolmel, erinevatel trükiplaatidel asuva, peamise alamsüsteemi vahel, mis on:
- COM ehk sidesüsteem (inglise k. communication)
- EPS ehk elektritoitealamsüsteem (inglise k. electrical power system)
- CDHS ehk käsu- ja andmetöötlussüsteem (inglise k. command and data handling system
Elektrisüsteemi peamised komponendid asuvad EPS trükkplaadil, kuna see saab toidet kuupsatelliidi enda EPS-süsteemilt ja jaotab seda edasi teisele kahele plaadile ning juhtmooduliga seotud süsteemidele. Seetõttu keskendume peamiselt just EPS-plaadile, kuna see on juhtmooduli stabiilse ja töökindla voolu reguleerimise seisukohalt kõige olulisem komponent. Vastasel juhul ei toimiks kogu süsteem korrektselt ning stabiilne elektrivool ongi kogu juhtmooduli ja satelliidi alus.
Juhtmooduli projekti peamine eesmärk on luua signaalitöötlus võimekusega käsu- ja andmearhitektuuri võimaldav juhtmoodul, mida saaks peale plaanitava ESTCube-3 kasutada ka teistes kuupsatellitides. Lisaks on juhtmoodulile vaja satelliidist sõltumatut EPS-süsteemi sellepärast, et tulevased kuupsatelliidid võivad satelliidi EPS-süsteemilt anda juhtmoodulile erinevaid toitepingeid. Seega, kui juhtmoodulil on oma enda toitesüsteem, mis saab toidet satelliidi pardal olevatest akudest, ei ole vaja juhtmoodulit igale erinevale kuupsatelliidile ümber projekteerida ning see suurendab juhtmooduli paindlikkust ja kasutatavust.
Tagavarasüsteemid ja kaitse
Elektritoitesüsteemi eesmärk on tagada juhtmoodulis ohutu ja töökindel toide erinevatele trükkplaatidele ja süsteemidele, milleks on laiemalt COM- ja CDHS-plaadid. EPS-plaadi ülesanne on jälgida ja juhtida elektritoite jaotamist. Kui tuvastatakse mõni viga, näiteks järsk pingehüpe või midagi, mis võiks kahjustada alamsüsteeme või takistada nende normaalset talitlust, lülitab elektritoitesüsteem mõjutatud alamsüsteemi toite välja ning püüab taastada nominaalse talitluse. Selleks on CDHS-plaadilt EPS-plaadi kahe toitelüliti külge ühendatud valvetaimeri mikroskeem. Kui see tuvastab mõne häire, lülitab see toitelülitid välja ja püüab seejärel automaatselt taastada süsteemi.
EPS-i võime erinevaid alamsüsteeme tsükliliselt sisse ja välja lülitada tähendab, et see saab need täielikult välja lülitada, eemaldada igasuguse jääktoite ja seejärel proovida süsteemi taaskäivitada. See on kasulik mitte ainult elektriliste probleemide korral, vaid ka tarkvaraprobleemide puhul, kuna see tühjendab mõjutatud süsteemi operatiivmälu (RAM-i (inglise k. Random Access Memory)) ja sunnib süsteemi alustama puhtast taaskäivitusest. Seda funktsiooni on peamiselt mõeldud kasutada SoM-il (Süsteem moodulil) põhineva juhtmooduli peamine töötlusüksuse puhul. EPS toimib teistest juhtmooduli süsteemidest sõltumatult, et süsteemis rikke tekkimise korral ei mõjutaks see EPS-i. EPS on sõltumatu ka seetõttu, et kui SoM-il tekib rike, saab EPS SoM-i toidet tsükliliselt lülitada ja talitluse taastada. Hoides EPS-i tegutsemas teistest peamistest plaatidest sõltumatult, tagame, et võimalikult vähe väliseid tegureid saaks häirida EPS-i funktsionaalsust.
Toide kuupsatelliidi elektrisüsteemist
Kuupsatelliidi üldine EPS-süsteem annab läbi toitepistiku reguleeritud 12 V pinge. Juhtmooduli EPS-plaadi ülesanne on reguleerida see madalamale pingele vastavalt konkreetsete komponentide vajadustele ning jälgida toiteliine, et tagada nende vastavus määratud pingetele. Peamine 12–15 V liin kulgeb EPS-plaadilt SoM-plaadini. EPS-plaadil on ka teine toiteallika sisend, mis on kasulik elektrisüsteemi ja komponentide silumiseks ja kasutab USB Type-C porti. See on ühendatud USB-PD (inglise k. Power Delivery) mikroskeemiga, mis eemaldab vajaduse pinget hilisemalt teisendada. Seda süsteemi kasutatakse peamiselt testimise ajal.
Toiteliini komponendid dubleeritakse ja nad töötavad samaaegselt nn. "kuumas" olekus. See tähendab, et ühe komponendi riknemisel jätkab teine ilma viivituseta töötamist, kuna mõlemad seadmed töötavad paralleelselt. See väldib süsteemi toite kaotamist isegi kõige lühemaks hetkeks. Et vältida toitelülitite ja muundurite ebaühtlast kulumist, rakendatakse koormuse jagamist, mis tasakaalustab mõlemasse identsesse komponenti saabuva voolu, tagades töökindluse ja stabiilsuse. Kuna kasutatavad komponendid ei ole loodud kosmosetingimuste jaoks, ning kuigi need on vastupidavad ja hea kvaliteediga, nõuab kosmosekiirguse oht kriitiliste elektrikomponentide dubleerimist.
Juhtmooduli elektroonikasüsteeme haldab tervikuna EPS, mis on juhtmooduli sees iseseisev plaat ning süsteem. Et tagada satelliidi toimimine karmides kosmosetingimustes ja vastupidavus võimalikele probleemidele, dubleeritakse kõik EPS-i põhikomponendid selliselt, et ühe rikke korral saab teine komponent koheselt selle ülesanded üle võtta. Elektroonikasüsteemil on mitmed turvamehhanismid ja kaitsemeetmed, mis kaitsevad pingehäirete eest ning taastavad vea tekkimisel koheselt nominaalse talitluse, tagades, et juhtmoodul ja seeläbi ka ülejäänud satelliit on kogu oma eluea jooksul heas töökorras.
Suur tänu juhtmooduli elektroonika meeskonnale teksti ja abi eest!
Jäta vastus