6つの電子トレンドが航空宇宙設計を形作る

航空宇宙産業は、機体の性能と能力を向上させることができる新技術に対して絶え間ない渇望を持っています。この継続的な速度向上、重量軽減、効率改善、新機能への欲求は、電子部品と航空宇宙設計アプローチの技術進歩を常に推進しています。 

最小のCubeSatsから最大の旅客機まで、最新のコンポーネントが航空宇宙をより高い軌道へと導いています。例えば、窒化ガリウムをシリコンカーバイド（GaN-on-SiC）に載せたアンプは、衛星通信を革命的に変えており、カーボンナノチューブ配線は航空機の重量を大幅に削減することを約束しています。量子センサーは前例のないナビゲーション精度を提供し、ニューロモルフィックチップは真に自律的なインテリジェントドローンの創造に一歩近づくことを約束しています。

今日の航空宇宙エンジニアは、これらの最先端コンポーネントを次世代の航空機や宇宙船に統合するという興奮する挑戦に直面しています。先進的なアビオニクス、電気推進システム、宇宙用強化コンピューティングプラットフォームに取り組む際に、以下の6つの影響力のあるトレンドを理解することで、進化する航空宇宙セクターで不可欠な存在となるでしょう。

1. 衛星通信のための先進的なGaN-on-SiCパワーアンプ

GaN-on-SiC アンプは、衛星通信、レーダーシステム、RF/マイクロ波システムなどの高性能アプリケーションで広く使用されています。SpaceXのStarlinkなどの衛星ベースのインターネットサービスやその他の衛星ネットワークの成功が、GaN-on-SiCの継続的な成長の主要な推進力となると予想されています。

これらのパワーアンプは、従来のオプションに比べて、効率が高く、帯域幅が広く、熱性能が向上しています。設計者にとって、GaN-on-SiCは、よりコンパクトで強力で信頼性の高い衛星通信システムの作成に不可欠な構成要素です。

Qorvoは、今日のRFソリューションにおけるリーダーの一つです。同社のQPA GaNパワーアンプは、レーダー、衛星通信、防衛システム用に、その高いパワー、効率、線形性で知られています。

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2. 宇宙アプリケーション用の放射線耐性FPGA

放射線耐性フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）は、高レベルの放射線にさらされるなど、宇宙の極端な条件に耐えることができます。これらの放射線によって通常の電子部品が機能不全を起こす原因となります。最新の製品は、より高いロジック密度と低い消費電力を提供し、軌道上でのより複雑な処理を可能にします。

これらのデバイスは、単一イベントアップセット（SEU）やその他の放射線誘発損傷に耐えるように設計されています。展開後にプログラム可能であり、軌道上での再構成や更新を可能にすることで、宇宙ベースのコンピューティングシステムに前例のない柔軟性を提供します。この柔軟性は、予期せぬ課題やミッション要件の更新に適応するために非常に価値があります。

AMDの宇宙グレードKintex^™ UltraScale^™ XQR FPGAファミリーは、この分野で際立っています。これらの宇宙時代のデバイスは、最大446Kのロジックセルを提供し、100 krad(Si)の全線量に対して認定されており、幅広い宇宙アプリケーションに適しています。

3. 航空電子機器用の高帯域幅光インターコネクト

光インターコネクトは、従来の銅配線を航空電子システムで徐々に置き換えています。このシフトは、より高いデータ帯域幅の必要性と、電磁干渉（EMI）を減少させる光ファイバーの利点によって駆動されています。光ファイバーはEMIに対して免疫があるため、騒がしい電子環境でのデータ伝送の信頼性を向上させます。また、銅に比べて大幅に高い帯域幅を提供し、データ集約型アプリケーションのパフォーマンスを向上させます。

リアルタイムセンサーフュージョンは、複数のセンサーからのデータを組み合わせてリアルタイムで処理することを指し、光接続の高帯域幅と低遅延が求められます。同様に、現代のコックピットや乗客向けエンターテイメントシステムの高解像度ディスプレイでは、大量のデータを迅速かつ信頼性高く送信する必要があり、光インターコネクトが魅力的な選択肢となっています。

TE ConnectivityのVITA 66.5耐久性光バックプレーンインターコネクトは、チャネルあたり最大25 Gbpsのデータレートをサポートし、航空宇宙分野で注目を集めています。VITA 66.5規格は、航空宇宙アプリケーションで見られる厳しい条件、つまり大きな温度変化、機械的ストレス、極端な振動への曝露に耐えられるように耐久性を確保しています。

4. 強化されたナビゲーションとタイミングのための量子センサー

量子センサーは、重ね合わせやもつれといった量子現象を利用して、従来のGPSや慣性システムをはるかに超える精度を実現します。例えば、量子加速度計は、非常に微細な動きや方向の変化を極端な精度で検出でき、従来のシステムでは失敗する可能性のある深宇宙ナビゲーションをより信頼性高く行うことができます。量子センサーは、深宇宙探査の未来にとって不可欠なコンポーネントになると考えられています。

InfleqtionのColdquantaLabs量子コア技術プラットフォームは、非常に正確な原子時計や加速度計を含むさまざまな量子デバイスの開発をサポートしています。このプラットフォームは、次世代のナビゲーションシステムを作成するために必要なツールとインフラストラクチャを提供し、宇宙探査、軍事作戦、および高度なナビゲーションシステムのための画期的な精度への道を開きます。

5. 自律型ドローンのためのニューロモルフィックコンピューティングチップ

ニューロモルフィックコンピューティングチップは、人間の脳のアーキテクチャを模倣するように設計されています。このアーキテクチャにより、ニューロモルフィックチップは情報を並列に、かつ高効率で処理できるため、ドローンのような自律システムに特に有利です。これらのチップは、パターン認識、意思決定、リアルタイム処理に優れており、自己ナビゲートし、環境に動的に対応する必要があるドローンやその他の自律車両にとって重要です。

ニューロモルフィックチップは、従来のプロセッサと比較して、大幅に少ない電力で複雑な計算を実行します。これは、エネルギー効率が直接飛行時間と自律機能に影響を与えるバッテリー駆動のドローンにとって特に価値があります。ドローンAIシステムの設計者がこれらの新しいチップを活用し始めるにつれて、完全に自律的で高度に知能を持ったドローンを作成する可能性がますます現実的になっています。

IntelのLoihi 2ニューロモルフィックチップは、この技術の良い例です。Loihi 2チップは特に航空宇宙用に設計されたわけではありませんが、将来の自律型ドローンシステムに適している機能を持っています。Loihi 2のようなニューロモルフィックチップは、航空宇宙アプリケーションのための研究開発が進行中ですが、自律システムにおけるゲームチェンジャーとしての可能性は広く認識されています。

6. 航空機用超軽量カーボンナノチューブ配線

カーボンナノチューブ配線は、航空機の重量を大幅に削減し、燃料効率とペイロード容量を向上させる可能性があります。さらに、電気的および熱的伝導性も向上します。課題は？この技術は主に開発段階にあります。既存の設計プロセスにカーボンナノチューブ配線を統合し、長期的な信頼性を確保することは、大きな課題です。

この分野のパイオニアであるNanocomp Technologies（Huntsman Corporationの一部）は、Miralonカーボンナノチューブシートと糸を生産しています。 これらの材料は、伝統的な銅配線を近い将来に置き換え、最大70%の重量削減を実現する可能性があります。

未来の空を形作る

航空宇宙イノベーションを推進する電子部品は急速に進化しており、設計者やエンジニアにとって興味深い機会を提供しています。GaN-on-SiCアンプから量子センサーに至るまでのこれらの進歩は、より軽量で効率的かつ高性能な航空宇宙システムを可能にしています。業界が電気推進、自律飛行、拡大された宇宙探査に向かうにつれて、これらの技術を習得することが不可欠になります。

私たちは皆、個人の機敏性を実践し、これらの新技術に継続的に学び、適応するよう努める必要があります。好奇心、勤勉さ、創造性が成功への鍵です。これらのトレンドとそれを可能にするコンポーネントを受け入れることで、航空宇宙の専門家は私たちの未来を空とそれを超える場所で形作る次世代の航空機や宇宙船を創造することができます。