6 tendencias electrónicas que están dando forma al diseño aeroespacial

La industria aeroespacial tiene una sed insaciable por nuevas tecnologías que puedan mejorar el rendimiento y las capacidades de las aeronaves. Este deseo continuo por más velocidad, menos peso, mejor eficiencia y nuevas capacidades impulsa avances tecnológicos constantes en componentes electrónicos y enfoques de diseño aeroespacial.

Desde los más pequeños CubeSats hasta los mayores aviones comerciales, los componentes más recientes están llevando a la aeroespacial a una órbita superior. Por ejemplo, los amplificadores de nitruro de galio sobre carburo de silicio (GaN-on-SiC) están revolucionando las comunicaciones por satélite, mientras que el cableado de nanotubos de carbono promete reducir drásticamente el peso de las aeronaves. Los sensores cuánticos ofrecen una precisión de navegación sin precedentes, y los chips neuromórficos prometen acercarnos a la creación de drones inteligentes verdaderamente autónomos.

Los ingenieros aeroespaciales de hoy enfrentan el emocionante desafío de integrar estos componentes de vanguardia en las aeronaves y naves espaciales de próxima generación. Ya sea trabajando en aviónica avanzada, sistemas de propulsión eléctrica o plataformas informáticas endurecidas para el espacio, entender las siguientes seis tendencias influyentes te hará indispensable en el sector aeroespacial en evolución.

1. Amplificadores de Potencia Avanzados GaN-on-SiC para Comunicaciones por Satélite

Los amplificadores GaN-on-SiC son ampliamente utilizados en aplicaciones de alto rendimiento, incluyendo comunicaciones por satélite, sistemas de radar y sistemas de RF/microondas. Se espera que el éxito de los servicios de internet basados en satélites (como Starlink de SpaceX) y otras redes de satélites sea un impulsor clave del crecimiento continuo para GaN-on-SiC. 

Estos amplificadores de potencia ofrecen una mayor eficiencia, un ancho de banda más amplio y un mejor rendimiento térmico en comparación con las opciones tradicionales. Para los diseñadores, GaN-on-SiC es un bloque de construcción esencial para la creación de sistemas de comunicación por satélite más compactos, potentes y fiables.

Qorvo es uno de los líderes en soluciones de RF hoy en día. Los amplificadores de potencia GaN de QPA de la compañía para radar, comunicación por satélite y sistemas de defensa son bien conocidos por su alta potencia, eficiencia y linealidad. 

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2. FPGAs endurecidos contra radiación para Aplicaciones Espaciales

Los arreglos de puertas programables en campo (FPGAs) endurecidos contra radiación pueden resistir las condiciones extremas del espacio, incluida la exposición a altos niveles de radiación que causan el mal funcionamiento de los componentes electrónicos regulares. Los productos más recientes ofrecen una mayor densidad lógica y un menor consumo de energía, permitiendo un procesamiento en órbita más complejo.

Estos dispositivos están diseñados para resistir alteraciones por eventos únicos (SEUs) y otras formas de daño inducido por radiación. Son programables después de su despliegue, ofreciendo una flexibilidad sin precedentes para sistemas de computación basados en el espacio al permitir la reconfiguración y actualizaciones en órbita. Esta flexibilidad es extremadamente valiosa para adaptarse a desafíos imprevistos o actualizaciones en los requisitos de la misión. 

La familia de AMD Space-Grade Kintex^™ UltraScale^™ XQR FPGA se destaca en este ámbito. Estos dispositivos de la era espacial ofrecen hasta 446K celdas lógicas y están calificados para una dosis total de 100 krad(Si), haciéndolos adecuados para una amplia gama de aplicaciones espaciales.

3. Interconexiones Ópticas de Alto Ancho de Banda para Aviónica

Las interconexiones ópticas están reemplazando cada vez más al cableado de cobre tradicional en sistemas de aviónica. Este cambio está impulsado por la necesidad de un mayor ancho de banda de datos y las ventajas de las fibras ópticas en la reducción de la interferencia electromagnética (EMI). Debido a que las fibras ópticas son inmunes a la EMI, mejoran la fiabilidad de la transmisión de datos en entornos electrónicos ruidosos. También ofrecen un ancho de banda significativamente mayor en comparación con el cobre, ofreciendo un mejor rendimiento para aplicaciones intensivas en datos. 

La fusión de sensores en tiempo real, donde se combinan y procesan datos de múltiples sensores en tiempo real, requiere del alto ancho de banda y la baja latencia de las conexiones ópticas. De manera similar, las pantallas de alta resolución en las cabinas modernas y los sistemas de entretenimiento para pasajeros requieren que enormes cantidades de datos se transmitan rápidamente y de manera fiable, haciendo que las interconexiones ópticas sean una opción convincente.

Las interconexiones ópticas reforzadas VITA 66.5 de TE Connectivity están ganando terreno en la industria aeroespacial con soporte para tasas de datos de hasta 25 Gbps por canal. El estándar VITA 66.5 asegura que están reforzadas para resistir las duras condiciones encontradas en aplicaciones aeroespaciales, incluyendo variaciones significativas de temperatura, estrés mecánico y exposición a vibraciones extremas. 

4. Sensores Cuánticos para Navegación y Cronometraje Mejorados

Los sensores cuánticos aprovechan fenómenos cuánticos – como la superposición y el entrelazamiento – para lograr una precisión mucho mayor que la de los sistemas tradicionales de GPS o inerciales. Por ejemplo, los acelerómetros cuánticos pueden detectar cambios muy mínimos en movimiento y orientación con extrema precisión, permitiendo una navegación profunda en el espacio más confiable donde los sistemas convencionales fallarían. Es probable que los sensores cuánticos se conviertan en un componente esencial para el futuro de la exploración del espacio profundo. 

La plataforma de tecnología central quantum de ColdquantaLabs de Infleqtion respalda el desarrollo de una gama de dispositivos cuánticos, incluyendo relojes atómicos y acelerómetros de alta precisión. Esta plataforma proporciona las herramientas esenciales y la infraestructura necesaria para crear sistemas de navegación de próxima generación, abriendo camino para una precisión revolucionaria para la exploración espacial, operaciones militares y sistemas de navegación avanzados.

5. Chips de Computación Neuromórfica para Drones Autónomos

Los chips de computación neuromórfica están diseñados para imitar la arquitectura del cerebro humano. Esta arquitectura permite que los chips neuromórficos procesen información de manera paralela y con alta eficiencia, lo que los hace particularmente ventajosos para sistemas autónomos como los drones. Estos chips sobresalen en reconocimiento de patrones, toma de decisiones y procesamiento en tiempo real, todo lo cual es crítico para drones y otros vehículos autónomos que deben auto-navegar y responder dinámicamente a su entorno.

Los chips neuromórficos realizan cálculos complejos mientras consumen significativamente menos energía en comparación con los procesadores tradicionales. Esto es especialmente valioso para drones alimentados por baterías, donde la eficiencia energética impacta directamente en el tiempo de vuelo y la funcionalidad autónoma. A medida que los diseñadores de sistemas de IA para drones comienzan a aprovechar estos nuevos chips, el potencial para crear drones completamente autónomos y altamente inteligentes se está volviendo cada vez más factible.

El chip neuromórfico Loihi 2 de Intel es un buen ejemplo de esta tecnología. Aunque no fue diseñado específicamente para la industria aeroespacial, el chip Loihi 2 tiene características que lo convierten en un candidato probable para los sistemas de drones autónomos del futuro. Aunque los chips neuromórficos como el Loihi 2 todavía están en investigación y desarrollo para aplicaciones aeroespaciales, su potencial como un cambio radical para los sistemas autónomos es ampliamente reconocido.

6. Cableado Ultra-ligero de Nanotubos de Carbono para Aeronaves

El cableado de nanotubos de carbono tiene el potencial de reducir significativamente el peso de las aeronaves, mejorando la eficiencia del combustible y la capacidad de carga, al mismo tiempo que aumenta la conductividad eléctrica y térmica. ¿El desafío? La tecnología permanece en una etapa mayoritariamente de desarrollo. Integrar el cableado de nanotubos de carbono en los procesos de diseño existentes y asegurar una fiabilidad a largo plazo siguen siendo desafíos formidables.

Un pionero en este campo, Nanocomp Technologies (parte de Huntsman Corporation) produce hojas y hilos de nanotubos de carbono Miralon. Estos materiales podrían reemplazar pronto al cableado tradicional de cobre, ofreciendo ahorros de peso de hasta el 70%.

Modelando los Cielos del Futuro

Los componentes electrónicos que impulsan la innovación en la industria aeroespacial están evolucionando rápidamente, ofreciendo oportunidades emocionantes para diseñadores e ingenieros. Estos avances, desde amplificadores GaN-on-SiC hasta sensores cuánticos, están permitiendo sistemas aeroespaciales más ligeros, eficientes y capaces. A medida que la industria se dirige hacia la propulsión eléctrica, el vuelo autónomo y la expansión de la exploración espacial, dominar estas tecnologías será esencial.

Todos debemos esforzarnos por practicar la agilidad personal, aprendiendo y adaptándonos continuamente a estas nuevas tecnologías. La curiosidad, la diligencia y la creatividad son las claves del éxito. Al abrazar estas tendencias y los componentes que las habilitan, los profesionales de la aeroespacial pueden crear la próxima generación de aviones y naves espaciales que darán forma a nuestro futuro en los cielos y más allá.