Membumi di ruang angkasa

Saya sedang mengerjakan sebuah proyek yang akan diluncurkan di dalam roket Blue Origin New Shepard dan perlu mengetahui detail bagaimana percobaan kami akan dilakukan. Eksperimen ini akan memiliki catu daya 5 V USB 3.0 dan akan memberi daya pada Raspberry Pi Zero W. Bagaimana saya akan menghubungkan elektronik kami dalam kapsul ini?

Bicara dengan perancang wahana antariksa, mereka harus memiliki seseorang yang mengoordinasikan spesifikasi listrik untuk peralatan di atas kapal dan Anda mungkin harus memenuhi spesifikasi mereka.

Anda mungkin harus menghubungkan ground pada RPi ke penutup untuk pelindung listrik. Jika ada percobaan lain dalam payload, Anda harus memiliki beberapa pedoman dari insinyur sistem tentang masalah EMC. Hanya secara acak, di sini adalah contoh dari apa yang harus Anda dapatkan (yang link adalah untuk CubeSat a). Misalnya, outgassing sangat penting jika ada optik yang terlibat dalam bagian mana pun dari muatan. Akan ada ICD.

Jika lingkungan akan kehilangan udara, Anda harus memastikan desain termal yang memadai untuk mengeluarkan panas tanpa membiarkan suhu persimpangan chip naik terlalu tinggi, dan gaya G dan getaran selama peluncuran biasanya cukup parah sehingga kemungkinan akan ada koneksi termal dan mekanik yang agak solid dari PCB ke rumahan.

Anda perlu membawa wadah yang penuh tanah, dan menghubungkannya ke tanah sirkuit.

Tidak, tidak. Bumi sebagai tanah memiliki sedikit arti khusus jika a) bumi tidak digunakan sebagai konduktor balik dalam jaringan listrik, b) tidak perlu memastikan bagian konduktif peralatan tidak memiliki potensi berbahaya relatif terhadap bumi (yang menyebabkan kecelakaan sangat mungkin jika orang diharapkan untuk berdiri di bumi).

Untuk saran tentang cara melakukannya - sebagaimana disebutkan dalam jawaban lain, lakukan apa pun yang dikatakan vendor peluncuran.

Bagaimana saya akan menghubungkan barang elektronik kami dalam kapsul ini?

Anda mengardekannya ke enklosur, namun menyadari bahwa enklosur akan 'mengambang' dan dapat mengubah tegangan, yang tidak akan membuat perbedaan untuk elektronik di dalam enklosur jika enklosur konduktif, jika enklosur tidak kontinu, ini dapat membuat masalah dengan pengisian daya.

Namun, mungkin ada masalah untuk 'potensi terpapar' karena ini mengumpulkan muatan permukaan dari lingkungan ruang (yang termasuk plasma). Stasiun Luar Angkasa Internasional dapat mengubah tegangan menjadi -10 hingga 25V sehubungan dengan muatan netral. Jadi saya tidak akan terlalu khawatir jika Anda tidak memiliki potensi yang terbuka, jika Anda memiliki sel surya atau sensor di luar pengisian permukaan bersih perlu diperhitungkan.

Lingkungan ruangwaktu adalah tempat yang tidak menyenangkan yang meliputi radiasi (matahari, dan kosmik), plasma, dan ruang hampa udara. Ini dapat membuat masalah untuk elektronik komersial karena suhu. Vakum sebenarnya dapat mengikis beberapa bahan (seperti PVC) sehingga penting untuk memastikan bahan-bahan tersebut kompatibel dengan vakum. Baterai juga harus kompatibel dengan vakum. Kebanyakan IC epoxies kompatibel dengan vakum, tetapi ini perlu diperiksa.

Catatan: Kapton adalah penyedot debu yang kompatibel dan memiliki rentang suhu yang luas, bagus untuk digunakan di pesawat ruang angkasa, itu adalah bahan yang menakjubkan.

Juga menguntungkan untuk menguji proyek Anda dalam ruang hampa selama beberapa hari untuk memastikan itu masih berfungsi. Anda juga harus memastikan penutup tidak kedap udara (bejana tekan) yang umumnya tidak diizinkan.

Anda juga harus memastikan suhu elektronik berada dalam suhu operasi karena semuanya bisa menjadi sangat panas atau dingin karena tidak ada udara untuk menyeimbangkan suhu.

Anda mungkin ingin menjangkau komunitas roket yang sehat , ada siswa yang meluncurkan proyek setiap saat dengan roket.

Tegangan bukanlah angka absolut. Tegangan adalah perbedaan potensial antara dua titik. Jika Anda mengatakan tegangan adalah "0V" maka artinya adalah bahwa node yang Anda ukur memiliki potensi yang sama dengan "ground" Anda ( perbedaan potensial antara node dan ground adalah 0V). Jika Anda mengatakan tegangannya adalah "12V", itu artinya simpul yang Anda ukur memiliki potensi 12 volt lebih tinggi dari ground. Sekali lagi, tegangan adalah perbedaan , dan dengan demikian titik referensi Anda ("ground") adalah arbitrer. Anda dapat meletakkannya di mana saja di sirkuit Anda, dan semua itu berarti bahwa voltase lain apa pun yang Anda ukur adalah perbedaan potensial antara ground yang dipilih dan node yang Anda ukur.

Pada proyek CubeSat yang saya kerjakan, struktur aluminium digunakan sebagai titik pentanahan. Dan setiap subsistem memiliki alasan yang cocok dengan konektor PC104.

Yang terbaik adalah berbicara dengan sistem tenaga atau insinyur sistem proyek.

Sebagian, apa yang dapat Anda lakukan untuk sebuah landasan mungkin tergantung pada spesifikasi peluncuran di sekitarnya, yang perlu Anda periksa. Saya membuat anggapan bahwa percobaan akan diluncurkan mandiri ke ruang bebas. Kemungkinan besar, Anda harus menjepit terminal negatif baterai (saya kira) menyalakan catu daya USB 5v Anda ke sasis logam yang sesuai atau wadah percobaan dan menggunakannya sebagai referensi Anda. Peralatan apa pun yang membutuhkan pentanahan dapat dihubungkan ke sasis. Jika percobaan Anda membuat transmisi, saya membuat anggapan bahwa ia memiliki semacam pengaturan antena di luar kasing.

Seperti yang telah banyak dikatakan, masalah ini telah dipecahkan untuk Anda. Teknisi proyek akan memiliki spesifikasi landasan untuk Anda. Namun, untuk membantu Anda memahami apa yang sedang terjadi ....

Membumi di luar angkasa bekerja dengan cara yang sama seperti Anda mengardekan mobil. "Chasis" mewakili bidang listrik yang diarde dan "pos baterai negatif" (potensi referensi untuk catu daya roket) terhubung ke sana. Ini diperlukan karena kombinasi ban indah yang kami anggap remeh di zaman modern dan aspal ini melindungi mobil dari "tanah bumi" tradisional.

Ingat, sirkuit Anda beroperasi pada perbedaan potensial listrik. Mari kita asumsikan itu berjalan di 1.1v. Tidak masalah jika tegangan ground dan sumber aktual 0v dan 1.1v atau 10.000v dan 10.001.1v, Rasberry masih akan berfungsi.

Penting untuk diingat bahwa memanggil tanah "0v" adalah konsep matematika, belum tentu masalah realitas. Itu membuat matematika mudah, itulah sebabnya kami menganggapnya. Selama kita memiliki cara yang dapat diprediksi untuk mendapatkan perbedaan yang kita butuhkan di antara kedua referensi, kita tidak benar-benar peduli apa sebenarnya referensi tersebut.

Beberapa waktu yang lalu saya membantu merancang sirkuit Futurebus, yang dirancang untuk beroperasi di satelit. Chip tersebut termasuk sirkuit yang menghubungkan dua pesawat untuk memastikan tegangan transien pada satu bidang (ground atau sumber) juga terjadi pada bidang yang berlawanan untuk memastikan perbedaan potensial operasi di dalam chip selalu sama, sehingga menstabilkan operasi chip di lingkungan di mana "tanah bumi" tradisional tidak ada.

Ini penting karena lembaran-bidang tanah dan sumber pesawat dan ketahanan kabel yang menghubungkan chip ke seluruh dunia cukup besar untuk menyebabkan variasi tegangan lokal pada pesawat (menyebabkan perbedaan potensial untuk bervariasi). Di bumi, Anda agak mengabaikan itu karena mengganti chip pada peluang satu-ke-satu yang mungkin gagal bukanlah masalah besar. Ruang tidak mengakomodasi itu. (Perhatikan bahwa ini sudah lama sekali. Ilmu material modern mungkin memiliki logam yang tidak lagi membutuhkan tingkat paranoia.)

Membumi dalam kasus Anda berarti menghubungkan ke muatan rata-rata dari massa terbesar yang tersedia (yang menjadi tubuh roket bukan Bumi). Itu akan menjadi referensi nilai tanah dan sisanya akan menjadi perbedaan tegangan jika dibandingkan dengan itu.