Eelmisel kuul andsime ülevaate kuupsatelliidi Juhtmoodulist ja selle kolmest peamisest alamsüsteemist. Sel kuul läheme ühe taseme võrra sügavamale ning vaatleme riistvaraarhitektuuri. Kuidas mahutada võimekas pardaarvuti, raadiosüsteem ja toitesüsteem 100 × 100 × 100 mm mõõtmetega kasti? Vastus peitub hoolikas ja tõhusas disainis, mis tagab, et kogu olemasolevat ruumi kasutatakse maksimaalselt ära.
Koordinaatsüsteem
Enne kui saab paika panna muud elemendid, näiteks mõõtmed, pistikute asukohad ja kinnitusliidesed, on vaja ühtset viisi ruumiliste asendite kirjeldamiseks. Juhtmoodul kasutab kuupsatelliidi disainispetsifikatsioonis määratletud koordinaatsüsteemi, mille alguspunkt asub satelliidi geomeetrilises keskpunktis. X, Y ja Z telg määravad mooduli kolm mõõdet ning kõik füüsilised mõõtmised ja mudelid lähtuvad sellest punktist.
Mõõtmed
Juhtmoodul on kavandatud sobima standardse 1U kuupsatelliidi mahuga, mille mõõtmed on 100 × 100 × 100 mm. Praktikas ei saa moodul seda ruumi täielikult ära kasutada. Kuupsatelliidil endal on välisseinad, mille paksus on vähemalt 2 mm, mis vähendab kasutatavat sisemist ruumi. See tähendab, et juhtmooduli maksimaalsed mõõtmed on 95,8 × 95,8 × 95,8 mm (pikkus × laius × kõrgus).
Liidesed
Juhtmooduli kõikide komponentide ning selle ühendamine ülejäänud satelliidiga on lahendatud hoolikalt kavandatud liideste süsteemi abil. Need jagunevad kolme kategooriasse: mehaanilised, elektrilised ja termilised.
Sisemine mehaaniline liides
Juhtmooduli kõik konstruktsioonilised komponendid on kokku monteeritud nelja M2,5 keermelise vardaga, mille igaühe pikkus on 57,3 mm. M2,5 vardad on valitud spetsiaalselt vastavalt süsteemimooduli (System-on-Module) avade suurusele, mille läbimõõt on 2,7 mm ning jätavad seega piisavalt ruumi. Iga varras läbib kogu virna, sealhulgas kõik trükkplaadid, ning need kruvitakse 01-P01 (jahuti) külge, millel on M2,5 keermestatud avad, sügavusega 4 mm. Tagaküljel kinnitavad konstruktsiooni M2,5 DIN 934 mutrid.
Väline mehaaniline liides
Juhtmoodul ühendatakse kuupsatelliidi üldkonstruktsiooniga nelja kinnitusaugu kaudu, mis asuvad selle igal küljel. Avad on keermestatud ISO M3 kinnituste jaoks, keerme sügavus on 6 mm ning pimeava kogusügavus 7,5 mm. Minimaalne nõutav keermesüvistus on 3,0 mm, kusjuures töökindlaks toimimiseks on soovitatav vahemik 4,5 kuni 6,0 mm.
Sisemine elektriline liides
Signaalide suunamiseks juhtmooduli virnas olevate plaatide vahel kasutatakse nelja tüüpi SMD pistikuid. Virna ülaosas kannab süsteemimoodul pistikuid ADM6-60-01.5-L-4-0-A-TR (240 kontakti, 60 kontakti × 4 rida), mis ühenduvad ADF6-60-07.5-L-4-0-A-TR pistikutega kohandatud kandurplaadil. See lahendus edastab kõik süsteemimooduli kontaktid kandurplaadile, kust need jaotatakse edasi läbi kogu virna.
Virna keskmiste trükkplaatide ühendamiseks kasutatakse teist pistikute paari: BTH-150-02-L-D-A-K ülemisel kihil (300 kontakti, 150 × 2 rida) ja BSH-150-01-L-D-A alumisel kihil (samuti 300 kontakti). Kasutati 150 kontaktiga varianti, mis on suurem kui minimaalne 120 kontakti, et jätta varu tulevikus siini kaudu rohkemate signaalide edastamiseks.
Virna pistikud järgivad nimetamiskonventsiooni B(i).(j), kus B tähistab siini, (i) on siini number ja (j) näitab trükkplaatide vahelist vertikaalset kihipositsiooni.
Väline elektriline liides
Ühenduste jaoks teiste satelliidimoodulite, toiteahelate ja raadiosignaalidega valiti Harwin Gecko pistikud. Valiku aluseks olid nende väike suurus, tõestatud töökindlus löögi- ja vibratsioonikoormustes, usaldusväärne toimimine laias temperatuurivahemikus ning madal gaasistuvus, mis teeb need sobivaks rakendusteks tundliku optilise aparatuuri läheduses.
Juhtmoodulisse on pistikud paigutatud kogu struktuuri ulatuses.
Välised pistikud on järgmised:
X1 — SPI and I2C
X2 — CAN0, RS422-1, UART-1
X3 — CAN1, RS422-2, UART-2
X4 — Ethernet
P1 - Toitepistik
USB - USB silumispistik
TX - RF saatepistik
RX - RF vastuvõtupistik
Sisemine termiline liides
Elektroonika jahutamine suletud ja vaakumi kindlas korpuses on juhtmooduli konstruktsiooni üks keerukamaid insenertehnilisi väljakutseid. Juhtmoodulis on see lahendatud mitmekihilise soojusülekandeteega: süsteemimooduli tekitatud soojus juhitakse termopadja kaudu jahutusradiaatorisse, mis omakorda kannab soojuse järgmise termopadja abil edasi kõrvalolevasse konstruktsioonisegmenti. Hea kontakti tagamiseks surutakse SoM ISO 4762 M2,5×10 poltidega tugevalt vastu termopatja. Virna ülejäänud trükkplaadid on servade kaudu termilises kontaktis alumiiniumkonstruktsiooniga, mis võimaldab passiivset jahutust.
Väline termiline liides
Termilise liidesematerjali valimisel hinnati mitmeid kosmosekeskkonda sobivaid variante ning nõuetele vastas kõige paremini BERGQUIST® GAP PAD® TGP HC5000. Materjal on elektriliselt isoleeriv, selle omadused on kontrollitavad NASA gaasistuvuse andmebaasis ning selle soojusjuhtivus on 5 W/mK ja ruumtakistus 10^10 Ω·m.
Juhtmoodulil on ka kaks välist termilist liidest. Sõltuvalt selle asukohast kuupsatellidis juhitakse soojus kas ülemise jahutusradiaatori pinna või külgmise jahutusradiaatori kaudu edasi. Mõlema lahenduse puhul paigaldatakse termilise liidese ja kiirgusplaadi vahele termopadi, et vähendada kontakttakistust. Iga liidese kõrval olevad keermestatud avad võimaldavad kontrollitud kinnitamist ja termopadja ühtlast kokkusurumist.
Konstruktsioon
Juhtmooduli konstruktsioon toimib põhistruktuurina, mis hoiab kogu süsteemi koos ning kaitseb elektroonikat kiirguse ja liigse kuumuse eest. Olulisemad konstruktsioonilised nõuded hõlmavad kõikide komponentide kindlat paigalhoidmist, vibratsioonikatsete läbimist, soojuse eemale juhtimist trükkplaatidelt, pistikute ligipääsetavust integreerimise ajal ning vastavust 1U CubeSati massi- ja mõõtmenõuetele.
Trükkplaatidele kantakse kulumise vähendamiseks ja kasutusea pikendamiseks kaitsev pinnakate ABChimie 526UV. Tegemist on UV-vaiguga, mis kõvendatakse LED- või elavhõbelambi abil lainepikkusel 395 nm. Protsess nõuab minimaalset UVA-doosi 3000 mJ/cm², pinnakatte paksust 100 µm ning minimaalset UVA-võimsust 500 mW/cm².
Juhtmooduli riistvaraarhitektuur põhineb mitmel piirangul: see peab mahtuma standardse 1U mõõdu sisse, taluma stardivibratsioone, püsima jahedana kosmose vaakumis ning tagama kogu satelliidi komponentide töökindla ühenduvuse. Seetõttu on iga millimeeter ja iga pistik teadlikult ja põhjendatult valitud.
Järgmisel kuul süveneme veelgi rohkem ühele juhtmooduli põhiallsüsteemile!
Jäta vastus