La toma de tierra en el espacio

Question

Estoy trabajando en un proyecto que se lanzará dentro de un Origen Azul Nuevo Shepard cohete y necesitamos conocer los detalles de cómo se va a cimentar nuestro experimento. El experimento tendrá una fuente de alimentación USB 3.0 de 5 V y alimentará una Raspberry Pi Zero W. ¿Cómo conectaría a tierra nuestra electrónica en esta cápsula?

Answer 1

Habla con los diseñadores de las naves espaciales, Tienen que tener a alguien que coordine las especificaciones eléctricas de los equipos de a bordo y probablemente tendrás que cumplir sus especificaciones.

Answer 2

Deberías probablemente conectar la tierra del RPi a la caja para el blindaje eléctrico. Si hay otros experimentos en la carga útil, deberías tener algunas directrices del ingeniero de sistemas en materia de EMC. Sólo al azar, aquí es un ejemplo de lo que debería obtener (ese enlace es para un CubeSat). Por ejemplo, la desgasificación es particularmente importante si hay ópticas involucradas en alguna parte de la(s) carga(s) útil(es). Habrá CDIs.

Si el entorno va a estar desprovisto de aire, habrá que garantizar un diseño térmico adecuado para sacar el calor sin permitir que las temperaturas de las uniones de los chips aumenten demasiado, y las fuerzas G y las vibraciones durante el lanzamiento suelen ser bastante severas, por lo que es probable que haya una conexión térmica y mecánica bastante sólida entre la PCB y la carcasa.

Answer 3

Tienes que llevar un recipiente lleno de tierra y conectarlo a la tierra del circuito.

No, no es así. La tierra como tierra tiene poco significado especial si a) la tierra no se utiliza como conductor de retorno en una red eléctrica, b) no hay necesidad de garantizar que las partes conductoras de los equipos no tengan un potencial peligroso en relación con la tierra (lo que hace que un accidente sea muy probable si se espera que las personas se paren en la tierra).

En cuanto a los consejos sobre cómo hacerlo, como se ha mencionado en otras respuestas, haz lo que te diga el proveedor de lanzamientos.

Answer 4

¿Cómo podría conectar a tierra nuestra electrónica en esta cápsula?

Lo conectas a tierra a la caja, sin embargo date cuenta de que la caja estará "flotando" y puede cambiar el voltaje, lo que no hará una diferencia para la electrónica dentro de la caja si la caja es conductora, si la caja no es continua, esto podría crear problemas con la carga.

Sin embargo, puede haber problemas para los "potenciales expuestos", ya que éstos recogen las cargas superficiales del entorno espacial (lo que incluye los plasmas) La Estación Espacial Internacional puede cambiar el voltaje a algo así como -10 a 25V con respecto a una carga neutra. Así que yo no me preocuparía demasiado si no tienes ningún potencial expuesto, pero si tienes células solares o sensores en el exterior habrá que tener en cuenta la carga superficial neta.

El entorno espaciotemporal es un lugar desagradable que incluye la radiación (solar y cósmica), los plasmas y el vacío. Esto puede crear problemas para la electrónica comercial debido a la temperatura. El vacío puede erosionar algunos materiales (como el PVC), por lo que es importante asegurarse de que los materiales son compatibles con el vacío. La batería también debe ser compatible con el vacío. La mayoría de los epoxis para CI son compatibles con el vacío, pero hay que comprobarlo.

Nota al margen: El Kapton es compatible con el vacío y tiene un amplio rango de temperaturas, ideal para su uso en naves espaciales, es un material maravilloso.

También sería conveniente probar tu proyecto en el vacío durante varios días para asegurarte de que sigue funcionando. También tendrás que asegurarte de que la carcasa no es hermética (un recipiente a presión), lo que generalmente no está permitido.

También querrás asegurarte de que la temperatura de la electrónica estará dentro de la temperatura de funcionamiento, ya que las cosas pueden calentarse o enfriarse mucho al no haber aire para equilibrar la temperatura.

Tal vez quiera ponerse en contacto con un comunidad de cohetes de sondeo Hay estudiantes que lanzan proyectos en cohetes todo el tiempo.

Answer 5

Una tensión no es un número absoluto. Un voltaje es un diferencia en potencial entre dos puntos. Si se dice que un voltaje es "0V" entonces lo que significa es que el nodo que se está midiendo está en el mismo potencial como su "suelo" (el diferencia en el potencial entre el nodo y la tierra es 0V). Si dice que la tensión es "12V", significa que el nodo que está midiendo tiene un potencial de 12 voltios más alto que el suelo. Una vez más, la tensión es un diferencia y, por tanto, su punto de referencia ("tierra") es arbitrario. Puedes ponerlo en cualquier lugar de tu circuito, y todo lo que significa es que cualquier otro voltaje que midas es la diferencia de potencial entre esa tierra elegida y el nodo que estás midiendo.