6 tendenze elettroniche che stanno modellando il design aerospaziale

L'industria aerospaziale ha un'inesauribile sete di nuove tecnologie che possono migliorare le prestazioni e le capacità dei velivoli. Questo desiderio costante di più velocità, meno peso, maggiore efficienza e nuove capacità guida continui avanzamenti tecnologici nei componenti elettronici e negli approcci di progettazione aerospaziale. 

Dai più piccoli CubeSats ai più grandi aerei di linea, i componenti più recenti stanno portando l'aerospaziale in un'orbita superiore. Ad esempio, gli amplificatori in nitruro di gallio su carburo di silicio (GaN-on-SiC) stanno rivoluzionando le comunicazioni satellitari, mentre i cablaggi in nanotubi di carbonio promettono di ridurre drasticamente il peso degli aerei. I sensori quantistici offrono una precisione di navigazione senza precedenti, e i chip neuromorfici promettono di avvicinarci alla creazione di droni veramente autonomi e intelligenti.

Oggi, gli ingegneri aerospaziali si trovano di fronte alla sfida entusiasmante di integrare questi componenti all'avanguardia in aerei e veicoli spaziali di nuova generazione. Che si lavori su avionica avanzata, sistemi di propulsione elettrica o piattaforme informatiche resistenti allo spazio, comprendere i seguenti sei trend influenti renderà indispensabili nel settore aerospaziale in evoluzione.

1. Amplificatori di potenza avanzati GaN-on-SiC per le comunicazioni satellitari

Gli amplificatori GaN-on-SiC sono ampiamente utilizzati in applicazioni ad alte prestazioni, inclusi le comunicazioni satellitari, i sistemi radar e i sistemi RF/microonde. Il successo dei servizi internet basati su satellite (come Starlink di SpaceX) e altre reti satellitari si prevede che sarà un motore chiave della crescita continua per GaN-on-SiC. 

Questi amplificatori di potenza offrono un'efficienza superiore, una banda più ampia e prestazioni termiche migliorate rispetto alle opzioni tradizionali. Per i progettisti, GaN-on-SiC è un componente fondamentale per la creazione di sistemi di comunicazione satellitare più compatti, potenti e affidabili.

Qorvo è uno dei leader nelle soluzioni RF oggi. Gli amplificatori di potenza GaN QPA dell'azienda per radar, comunicazioni satellitari e sistemi di difesa sono ben noti per la loro alta potenza, efficienza e linearità. 

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2. FPGA induriti per radiazioni per applicazioni spaziali

Gli array di gate programmabili sul campo (FPGA) induriti per radiazioni possono resistere alle condizioni estreme dello spazio, inclusa l'esposizione a livelli elevati di radiazioni che causano il malfunzionamento dei componenti elettronici regolari. I prodotti più recenti offrono una densità logica superiore e un consumo di energia inferiore, consentendo un elaborazione in orbita più complessa.

Questi dispositivi sono progettati per resistere ai disturbi indotti da singoli eventi (SEU) e ad altre forme di danni indotti dalle radiazioni. Sono programmabili dopo il dispiegamento, offrendo una flessibilità senza precedenti per i sistemi di calcolo basati nello spazio, consentendo la riconfigurazione e gli aggiornamenti in orbita. Questa flessibilità è estremamente preziosa per adattarsi a sfide impreviste o aggiornamenti nei requisiti della missione. 

La famiglia di FPGA Space-Grade Kintex^™ UltraScale^™ XQR di AMD si distingue in questo campo. Questi dispositivi dell'era spaziale offrono fino a 446K celle logiche e sono qualificati per una dose totale di 100 krad(Si), rendendoli adatti per un'ampia gamma di applicazioni spaziali.

3. Interconnessioni Ottiche ad Alta Larghezza di Banda per l'Avionica

Le interconnessioni ottiche stanno sostituendo sempre più il cablaggio in rame nei sistemi avionici. Questo cambiamento è guidato dalla necessità di una maggiore larghezza di banda dei dati e dai vantaggi delle fibre ottiche nel ridurre l'interferenza elettromagnetica (EMI). Poiché le fibre ottiche sono immuni all'EMI, migliorano l'affidabilità della trasmissione dei dati in ambienti elettronici rumorosi. Offrono anche una larghezza di banda significativamente maggiore rispetto al rame, garantendo prestazioni migliori per applicazioni intensive di dati. 

La fusione di sensori in tempo reale - dove i dati provenienti da più sensori vengono combinati ed elaborati in tempo reale - richiede l'alta larghezza di banda e la bassa latenza delle connessioni ottiche. Allo stesso modo, i display ad alta risoluzione nei moderni cockpit e nei sistemi di intrattenimento per passeggeri richiedono l'invio rapido e affidabile di enormi quantità di dati, rendendo le interconnessioni ottiche un'opzione convincente.

Le interconnessioni ottiche robuste VITA 66.5 di TE Connectivity stanno guadagnando terreno nell'aerospaziale con supporto per velocità di trasmissione dati fino a 25 Gbps per canale. Lo standard VITA 66.5 garantisce che siano robusti per resistere alle dure condizioni trovate nelle applicazioni aerospaziali, incluse significative variazioni di temperatura, stress meccanico ed esposizione a vibrazioni estreme. 

4. Sensori Quantistici per una Navigazione e Temporizzazione Migliorate

I sensori quantistici sfruttano fenomeni quantistici - come la sovrapposizione e l'intreccio - per raggiungere una precisione ben oltre quella dei sistemi GPS o inerziali tradizionali. Ad esempio, gli accelerometri quantistici possono rilevare cambiamenti molto minimi nel movimento e nell'orientamento con estrema precisione, consentendo una navigazione profonda nello spazio più affidabile dove i sistemi convenzionali fallirebbero. I sensori quantistici diventeranno probabilmente un componente essenziale per il futuro dell'esplorazione dello spazio profondo. 

La piattaforma tecnologica core di quantum di ColdquantaLabs di Infleqtion supporta lo sviluppo di una gamma di dispositivi quantistici, inclusi orologi atomici e accelerometri di alta precisione. Questa piattaforma fornisce gli strumenti essenziali e l'infrastruttura necessaria per creare sistemi di navigazione di prossima generazione, aprendo la strada a una precisione rivoluzionaria per l'esplorazione spaziale, le operazioni militari e i sistemi di navigazione avanzati.

5. Chip di Computing Neuromorfico per Droni Autonomi

I chip di computing neuromorfico sono progettati per imitare l'architettura del cervello umano. Questa architettura consente ai chip neuromorfici di elaborare informazioni in parallelo e con alta efficienza, rendendoli particolarmente vantaggiosi per sistemi autonomi come i droni. Questi chip eccellono nel riconoscimento di pattern, nella presa di decisioni e nell'elaborazione in tempo reale, tutti aspetti critici per droni e altri veicoli autonomi che devono auto-navigare e rispondere dinamicamente al loro ambiente.

I chip neuromorfici eseguono calcoli complessi consumando significativamente meno energia rispetto ai processori tradizionali. Questo è particolarmente prezioso per i droni alimentati a batteria, dove l'efficienza energetica incide direttamente sul tempo di volo e sulla funzionalità autonoma. Man mano che i progettisti di sistemi AI per droni iniziano a sfruttare questi nuovi chip, il potenziale per creare droni completamente autonomi e altamente intelligenti sta diventando sempre più fattibile.

Il chip neuromorfico Loihi 2 di Intel è un buon esempio di questa tecnologia. Sebbene non sia stato specificamente progettato per l'aerospaziale, il chip Loihi 2 possiede caratteristiche che lo rendono un candidato probabile per i sistemi di droni autonomi del futuro. Anche se i chip neuromorfici come il Loihi 2 sono ancora in fase di ricerca e sviluppo per applicazioni aerospaziali, il loro potenziale come cambiamento radicale per i sistemi autonomi è ampiamente riconosciuto.

6. Cablaggio Ultra-leggero in Nanotubi di Carbonio per Aerei

Il cablaggio in nanotubi di carbonio ha il potenziale per ridurre significativamente il peso degli aerei – migliorando l'efficienza del carburante e la capacità di carico – oltre a incrementare la conducibilità elettrica e termica. La sfida? La tecnologia rimane in gran parte in fase di sviluppo. Integrare il cablaggio in nanotubi di carbonio nei processi di progettazione esistenti e garantire l'affidabilità a lungo termine rimangono sfide formidabili.

Un pioniere in questo campo, Nanocomp Technologies (parte di Huntsman Corporation) produce fogli e filati in nanotubi di carbonio Miralon. Questi materiali potrebbero presto sostituire il cablaggio tradizionale in rame, offrendo un risparmio di peso fino al 70%.

Modellando i Cieli del Futuro 

I componenti elettronici che guidano l'innovazione aerospaziale stanno evolvendo rapidamente, offrendo opportunità entusiasmanti per progettisti e ingegneri. Questi avanzamenti - dagli amplificatori GaN-on-SiC ai sensori quantistici - stanno consentendo sistemi aerospaziali più leggeri, efficienti e capaci. Con l'industria che si muove verso la propulsione elettrica, il volo autonomo e l'esplorazione spaziale ampliata, padroneggiare queste tecnologie sarà essenziale.

Dobbiamo tutti impegnarci a praticare l'agilità personale, imparando continuamente e adattandoci a queste nuove tecnologie. Curiosità, diligenza e creatività sono le chiavi del successo. Abbracciando queste tendenze e i componenti che le rendono possibili, i professionisti dell'aerospazio possono creare la prossima generazione di aerei e veicoli spaziali che plasmeranno il nostro futuro nei cieli e oltre.