6 trendów elektronicznych kształtujących projektowanie w przemyśle lotniczym i kosmicznym

Branża lotnicza i kosmiczna ma niegasnące pragnienie nowych technologii, które mogą poprawić wydajność i możliwości statków powietrznych i kosmicznych. To ciągłe dążenie do większej prędkości, mniejszej wagi, lepszej efektywności i nowych możliwości napędza ciągły postęp technologiczny w komponentach elektronicznych i podejściach do projektowania w lotnictwie i kosmonautyce. 

Od najmniejszych CubeSats po największe samoloty pasażerskie, najnowsze komponenty wprowadzają lotnictwo i kosmonautykę na wyższą orbitę. Na przykład wzmacniacze z azotku galu na węgliku krzemu (GaN-on-SiC) rewolucjonizują komunikację satelitarną, podczas gdy okablowanie z nanorurek węglowych obiecuje drastyczne zmniejszenie wagi samolotów. Czujniki kwantowe oferują bezprecedensową dokładność nawigacji, a układy neuromorficzne obiecują przybliżyć nas do stworzenia prawdziwie autonomicznych inteligentnych dronów.

Dzisiejsi inżynierowie lotnictwa i kosmonautyki stoją przed ekscytującym wyzwaniem integracji tych zaawansowanych komponentów w konstrukcje statków powietrznych i kosmicznych nowej generacji. Niezależnie od tego, czy pracują nad zaawansowanymi awionikami, systemami napędu elektrycznego czy platformami komputerowymi odpornymi na warunki kosmiczne, zrozumienie następujących sześciu wpływowych trendów uczyni cię niezastąpionym w ewoluującym sektorze lotniczym i kosmicznym.

1. Zaawansowane wzmacniacze mocy GaN-on-SiC do komunikacji satelitarnej

Wzmacniacze GaN-na-SiC są szeroko stosowane w zaawansowanych aplikacjach, w tym w komunikacji satelitarnej, systemach radarowych i systemach RF/mikrofalowych. Sukces usług internetowych opartych na satelitach (takich jak Starlink od SpaceX) oraz innych sieci satelitarnych ma być kluczowym czynnikiem napędzającym dalszy wzrost dla GaN-na-SiC. 

Te wzmacniacze mocy oferują wyższą efektywność, szersze pasmo i lepszą wydajność termiczną w porównaniu z tradycyjnymi opcjami. Dla projektantów, GaN-na-SiC jest niezbędnym elementem do tworzenia bardziej kompaktowych, mocnych i niezawodnych systemów komunikacji satelitarnej.

Qorvo jest dziś jednym z liderów w rozwiązaniach RF. Wzmacniacze mocy GaN firmy QPA dla radarów, komunikacji satelitarnej i systemów obronnych są znane z wysokiej mocy, efektywności i liniowości. 

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

2. Wzmocnione promieniowaniem FPGA dla aplikacji kosmicznych

Wzmocnione promieniowaniem matryce bramek programowalnych (FPGA) mogą wytrzymać ekstremalne warunki w kosmosie, w tym ekspozycję na wysokie poziomy promieniowania, które powodują awarie zwykłych komponentów elektronicznych. Najnowsze produkty oferują wyższą gęstość logiki i niższe zużycie energii, umożliwiając bardziej złożone przetwarzanie na orbicie.

Te urządzenia są zaprojektowane do opierania się pojedynczym zakłóceniom (SEU) oraz innym formom uszkodzeń indukowanych przez promieniowanie. Są programowalne po wdrożeniu, oferując bezprecedensową elastyczność dla systemów komputerowych opartych na przestrzeni kosmicznej poprzez umożliwienie rekonfiguracji i aktualizacji na orbicie. Ta elastyczność jest niezwykle cenna dla dostosowania się do nieprzewidzianych wyzwań lub aktualizacji wymagań misji. 

Rodzina kosmicznych urządzeń FPGA AMD Space-Grade Kintex^™ UltraScale^™ XQR wyróżnia się w tej dziedzinie. Te urządzenia nowej generacji oferują do 446K komórek logicznych i są kwalifikowane do 100 krad(Si) całkowitej dawki, co czyni je odpowiednimi dla szerokiego zakresu zastosowań kosmicznych.

3. Wysokoprzepustowe optyczne łącza międzykomputerowe dla awioniki

Optyczne łącza międzykomputerowe coraz częściej zastępują tradycyjne okablowanie miedziane w systemach awioniki. Przesunięcie to jest napędzane potrzebą wyższej przepustowości danych oraz zaletami włókien optycznych w redukcji zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Ponieważ włókna optyczne są odporne na EMI, poprawiają niezawodność transmisji danych w hałaśliwych środowiskach elektronicznych. Oferują również znacznie wyższą przepustowość w porównaniu z miedzią, zapewniając lepszą wydajność dla aplikacji intensywnie wykorzystujących dane. 

Fuzja sensorów w czasie rzeczywistym – gdzie dane z wielu sensorów są łączone i przetwarzane na bieżąco – wymaga wysokiej przepustowości i niskiego opóźnienia połączeń optycznych. Podobnie, wysokorozdzielcze wyświetlacze w nowoczesnych kokpitach i systemach rozrywki dla pasażerów wymagają szybkiego i niezawodnego przesyłania ogromnych ilości danych, co czyni połączenia optyczne atrakcyjną opcją.

Wzmocnione optyczne złącza szynowe VITA 66.5 od TE Connectivity zyskują na popularności w przemyśle lotniczym, oferując wsparcie dla prędkości transmisji danych do 25 Gbps na kanał. Standard VITA 66.5 zapewnia, że są one wzmocnione, aby wytrzymać trudne warunki spotykane w aplikacjach lotniczych, w tym znaczne zmiany temperatury, stres mechaniczny i ekspozycję na ekstremalne wibracje. 

4. Czujniki kwantowe dla ulepszonej nawigacji i czasomierza

Czujniki kwantowe wykorzystują zjawiska kwantowe – takie jak superpozycja i splątanie – aby osiągnąć precyzję daleko wykraczającą poza tradycyjne systemy GPS czy inercyjne. Na przykład, kwantowe akcelerometry mogą wykrywać bardzo drobne zmiany w ruchu i orientacji z ekstremalną precyzją, umożliwiając bardziej niezawodną nawigację w głębokim kosmosie, gdzie konwencjonalne systemy zawodziłyby. Czujniki kwantowe prawdopodobnie staną się kluczowym komponentem przyszłości eksploracji głębokiego kosmosu. 

Infleqtion’s ColdquantaLabs quantum core technology platform wspiera rozwój różnorodnych urządzeń kwantowych, w tym wysoce precyzyjnych zegarów atomowych i akcelerometrów. Ta platforma dostarcza niezbędnych narzędzi i infrastruktury potrzebnej do tworzenia systemów nawigacyjnych nowej generacji, torując drogę dla przełomowej dokładności w eksploracji kosmosu, operacjach wojskowych i zaawansowanych systemach nawigacyjnych.

5. Neuromorficzne chipy obliczeniowe dla autonomicznych dronów

Neuromorficzne chipy obliczeniowe są zaprojektowane do naśladowania architektury ludzkiego mózgu. Ta architektura umożliwia neuromorficznym chipom przetwarzanie informacji równolegle i z wysoką efektywnością, co czyni je szczególnie korzystnymi dla autonomicznych systemów takich jak drony. Chip te doskonale radzą sobie z rozpoznawaniem wzorców, podejmowaniem decyzji i przetwarzaniem w czasie rzeczywistym, co jest kluczowe dla dronów i innych pojazdów autonomicznych, które muszą samodzielnie nawigować i dynamicznie reagować na swoje otoczenie.

Neuromorficzne chipy wykonują złożone obliczenia, zużywając znacznie mniej energii w porównaniu do tradycyjnych procesorów. Jest to szczególnie cenne dla dronów zasilanych bateriami, gdzie efektywność energetyczna bezpośrednio wpływa na czas lotu i funkcjonalność autonomiczną. W miarę jak projektanci systemów AI dla dronów zaczynają wykorzystywać te nowe chipy, potencjał tworzenia w pełni autonomicznych i wysoce inteligentnych dronów staje się coraz bardziej realny.

Neuromorficzny chip Loihi 2 firmy Intel jest dobrym przykładem tej technologii. Chociaż nie został specjalnie zaprojektowany z myślą o lotnictwie, chip Loihi 2 posiada cechy, które czynią go prawdopodobnym kandydatem do systemów autonomicznych dronów przyszłości. Chociaż neuromorficzne chipy takie jak Loihi 2 są nadal przedmiotem badań i rozwoju w zastosowaniach lotniczych, ich potencjał jako zmieniacza gry dla systemów autonomicznych jest powszechnie uznawany.

6. Ultra-lekkie okablowanie z nanorurek węglowych dla lotnictwa

Okablowanie z nanorurek węglowych ma potencjał znacznego zmniejszenia masy samolotów – poprawiając efektywność paliwową i zdolność ładunkową – jednocześnie zwiększając przewodność elektryczną i cieplną. Wyzwanie? Technologia ta pozostaje głównie na etapie rozwojowym. Integracja okablowania z nanorurek węglowych z istniejącymi procesami projektowymi i zapewnienie długoterminowej niezawodności pozostają formidablnymi wyzwaniami.

Jednym z pionierów w tej dziedzinie jest Nanocomp Technologies (część Huntsman Corporation), które produkuje arkusze i przędzę z nanorurek węglowych Miralon. Te materiały mogą wkrótce zastąpić tradycyjne okablowanie miedziane, dostarczając oszczędności masy do 70%.

Kształtowanie niebios przyszłości

Komponenty elektroniczne napędzające innowacje w lotnictwie i kosmonautyce szybko się rozwijają, oferując ekscytujące możliwości dla projektantów i inżynierów. Te postępy – od wzmacniaczy GaN na SiC po czujniki kwantowe – umożliwiają tworzenie lżejszych, bardziej wydajnych i bardziej zaawansowanych systemów lotniczych i kosmicznych. W miarę jak branża zmierza w kierunku napędu elektrycznego, autonomicznego lotu i rozszerzonej eksploracji kosmosu, opanowanie tych technologii będzie niezbędne.

Musimy wszyscy dążyć do praktykowania osobistej zwinności, ciągle ucząc się i adaptując do tych nowych technologii. Ciekawość, pilność i kreatywność są kluczami do sukcesu. Poprzez przyjęcie tych trendów i komponentów, które je umożliwiają, profesjonaliści z branży lotniczej i kosmicznej mogą tworzyć kolejne generacje statków powietrznych i kosmicznych, które będą kształtować naszą przyszłość na niebie i poza nim.