6 тенденций в электронике, формирующих дизайн в аэрокосмической отрасли

Аэрокосмическая промышленность неутолимо жаждет новых технологий, которые могут улучшить характеристики и возможности летательных аппаратов. Это постоянное стремление к большей скорости, меньшему весу, лучшей эффективности и новым возможностям стимулирует непрерывное технологическое развитие в области электронных компонентов и подходов к проектированию в аэрокосмической отрасли. 

От самых маленьких CubeSats до крупнейших авиалайнеров, последние компоненты выводят аэрокосмическую отрасль на новую орбиту. Например, усилители на основе нитрида галлия на карбиде кремния (GaN-on-SiC) революционизируют спутниковую связь, в то время как проводка из углеродных нанотрубок обещает существенно снизить вес самолетов. Квантовые датчики предлагают беспрецедентную точность навигации, а нейроморфные чипы обещают приблизить нас к созданию по-настоящему автономных умных дронов.

Сегодняшние инженеры-аэрокосмической отрасли сталкиваются с захватывающей задачей интеграции этих передовых компонентов в летательные аппараты и космические аппараты следующего поколения. Будь то работа над передовыми авиониками, системами электрической тяги или вычислительными платформами, устойчивыми к космическим условиям, понимание следующих шести влиятельных тенденций сделает вас незаменимым в развивающемся аэрокосмическом секторе.

1. Передовые усилители GaN-on-SiC для спутниковой связи

Усилители на основе GaN-on-SiC широко используются в высокопроизводительных приложениях, включая спутниковую связь, радиолокационные системы и системы РЧ/микроволн. Ожидается, что успех спутниковых интернет-сервисов (таких как Starlink от SpaceX) и других спутниковых сетей будет ключевым фактором продолжающегося роста для GaN-on-SiC. 

Эти усилители мощности предлагают более высокую эффективность, широкую полосу пропускания и улучшенные тепловые характеристики по сравнению с традиционными вариантами. Для дизайнеров GaN-on-SiC является необходимым элементом для создания более компактных, мощных и надежных систем спутниковой связи.

Qorvo сегодня является одним из лидеров в области РЧ-решений. Усилители мощности QPA GaN компании для радарных, спутниковых коммуникационных и оборонных систем известны своей высокой мощностью, эффективностью и линейностью. 

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

2. Радиационно-стойкие ПЛИС для космических приложений

Радиационно-стойкие программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) могут выдерживать экстремальные условия космоса, включая воздействие высоких уровней радиации, которые вызывают сбои в работе обычных электронных компонентов. Последние продукты предлагают более высокую логическую плотность и меньшее энергопотребление, что позволяет выполнять более сложную обработку данных на орбите.

Эти устройства разработаны для защиты от одиночных сбоев (SEU) и других видов повреждений, вызванных радиацией. Они могут программироваться после развертывания, что предоставляет беспрецедентную гибкость для космических вычислительных систем за счет возможности реконфигурации и обновлений на орбите. Эта гибкость крайне важна для адаптации к непредвиденным проблемам или изменениям в требованиях к миссии. 

Семейство космических FPGA AMD’s Space-Grade Kintex^™ UltraScale^™ XQR выделяется в этой области. Эти устройства нового поколения предлагают до 446K логических ячеек и квалифицированы на общую дозу в 100 крад(Si), что делает их подходящими для широкого спектра космических приложений.

3. Оптические интерконнекты высокой пропускной способности для авионики

Оптические интерконнекты все чаще заменяют традиционную медную проводку в системах авионики. Этот переход обусловлен необходимостью в более высокой пропускной способности данных и преимуществами оптических волокон в снижении электромагнитных помех (EMI). Поскольку оптические волокна не подвержены EMI, они повышают надежность передачи данных в шумных электронных средах. Они также предлагают значительно более высокую пропускную способность по сравнению с медью, обеспечивая лучшую производительность для приложений, требующих интенсивной передачи данных. 

Реальное время слияния данных с датчиков – когда данные с нескольких датчиков объединяются и обрабатываются в реальном времени – требует высокой пропускной способности и низкой задержки оптических соединений. Аналогично, высокоразрешающие дисплеи в современных кабинах пилотов и системах развлечений для пассажиров требуют быстрой и надежной передачи огромных объемов данных, что делает оптические соединения привлекательным вариантом.

Оптические межсоединения для жестких условий эксплуатации VITA 66.5 от TE Connectivity набирают популярность в аэрокосмической отрасли с поддержкой скорости передачи данных до 25 Гбит/с на канал. Стандарт VITA 66.5 гарантирует, что они адаптированы для выдерживания жестких условий, характерных для аэрокосмических приложений, включая значительные температурные колебания, механические нагрузки и воздействие экстремальных вибраций. 

4. Квантовые датчики для улучшенной навигации и тайминга

Квантовые датчики используют квантовые явления – такие как суперпозиция и запутанность – для достижения точности, значительно превосходящей традиционные системы GPS или инерциальные системы. Например, квантовые акселерометры могут обнаруживать очень мелкие изменения в движении и ориентации с крайней точностью, что позволяет обеспечить более надежную навигацию в глубоком космосе, где традиционные системы были бы неэффективны. Вероятно, квантовые датчики станут неотъемлемой частью будущего исследования глубокого космоса. 

Платформа квантового ядра ColdquantaLabs от Infleqtion поддерживает разработку ряда квантовых устройств, включая высокоточные атомные часы и акселерометры. Эта платформа предоставляет необходимые инструменты и инфраструктуру для создания систем навигации следующего поколения, прокладывая путь к прорывной точности для космических исследований, военных операций и продвинутых навигационных систем.

5. Чипы нейроморфных вычислений для автономных дронов

Чипы нейроморфных вычислений разработаны для имитации архитектуры человеческого мозга. Эта архитектура позволяет чипам нейроморфных вычислений обрабатывать информацию параллельно и с высокой эффективностью, что делает их особенно выгодными для автономных систем, таких как дроны. Эти чипы превосходно справляются с распознаванием образов, принятием решений и обработкой данных в реальном времени, что критически важно для дронов и других автономных транспортных средств, которые должны самостоятельно навигировать и динамически реагировать на окружающую среду.

Нейроморфные чипы выполняют сложные вычисления, потребляя значительно меньше энергии по сравнению с традиционными процессорами. Это особенно ценно для дронов на батарейках, где энергоэффективность напрямую влияет на время полета и автономные функции. По мере того как разработчики систем ИИ для дронов начинают использовать эти новые чипы, потенциал создания полностью автономных и высокоинтеллектуальных дронов становится все более осуществимым.

Нейроморфный чип Loihi 2 от Intel является хорошим примером этой технологии. Хотя он не был специально разработан для аэрокосмической отрасли, чип Loihi 2 обладает характеристиками, делающими его вероятным кандидатом для будущих автономных систем беспилотников. Несмотря на то что нейроморфные чипы, такие как Loihi 2, все еще находятся на стадии исследований и разработки для применения в аэрокосмической отрасли, их потенциал как революционного изменения для автономных систем широко признан.

6. Ультралегкая проводка из углеродных нанотрубок для авиации

Проводка из углеродных нанотрубок может значительно снизить вес самолетов – улучшая топливную эффективность и грузоподъемность – а также повысить электрическую и тепловую проводимость. Проблема? Технология в основном находится на стадии разработки. Интеграция проводки из углеродных нанотрубок в существующие процессы проектирования и обеспечение долгосрочной надежности остаются серьезными вызовами.

Один из пионеров в этой области, компания Nanocomp Technologies (часть корпорации Huntsman), производит листы и пряжу из углеродных нанотрубок Miralon. Эти материалы могут скоро заменить традиционную медную проводку, обеспечивая экономию веса до 70%.

Формирование небес будущего

Электронные компоненты, стимулирующие инновации в аэрокосмической отрасли, развиваются с быстрыми темпами, открывая захватывающие возможности для дизайнеров и инженеров. Эти достижения – от усилителей на основе GaN-on-SiC до квантовых датчиков – позволяют создавать более легкие, эффективные и функциональные аэрокосмические системы. По мере того как отрасль движется в сторону электрической тяги, автономных полетов и расширенного освоения космоса, владение этими технологиями станет необходимым.

Нам всем следует стремиться к личной гибкости, постоянно изучая и адаптируясь к этим новым технологиям. Любопытство, усердие и креативность являются ключами к успеху. Принимая эти тенденции и компоненты, которые их обеспечивают, профессионалы в области аэрокосмической техники могут создать следующее поколение самолетов и космических аппаратов, которые определят наше будущее в небесах и за их пределами.