6 Xu Hướng Điện Tử Định Hình Thiết Kế Hàng Không

Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ luôn khao khát những công nghệ mới có thể cải thiện hiệu suất và khả năng của các phương tiện. Mong muốn không ngừng về tốc độ cao hơn, trọng lượng nhẹ hơn, hiệu quả tốt hơn và các khả năng mới thúc đẩy sự tiến bộ liên tục trong linh kiện điện tử và các phương pháp thiết kế hàng không vũ trụ. 

Từ những CubeSats nhỏ nhất đến những máy bay lớn nhất, các linh kiện mới nhất đang đưa ngành hàng không vũ trụ lên một quỹ đạo cao hơn. Ví dụ, các bộ khuếch đại gallium nitride trên silicon carbide (GaN-on-SiC) đang làm cách mạng hóa truyền thông vệ tinh, trong khi dây dẫn nanotube carbon hứa hẹn giảm trọng lượng máy bay. Các cảm biến lượng tử cung cấp độ chính xác định vị chưa từng có, và chip neuromorphic hứa hẹn đưa chúng ta gần hơn với việc tạo ra các drone thông minh tự động thực sự.

Ngày nay, các kỹ sư hàng không vũ trụ đối mặt với thách thức thú vị là tích hợp những linh kiện tiên tiến này vào máy bay và tàu vũ trụ thế hệ tiếp theo. Dù làm việc trên avionics tiên tiến, hệ thống đẩy điện hoặc nền tảng tính toán chịu đựng môi trường vũ trụ, việc hiểu biết những xu hướng ảnh hưởng sau đây sẽ làm bạn trở nên không thể thiếu trong ngành hàng không vũ trụ đang phát triển.

1. Bộ Khuếch Đại GaN-on-SiC Tiên Tiến cho Truyền Thông Vệ Tinh

Các bộ khuếch đại GaN-on-SiC được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hiệu suất cao, bao gồm truyền thông vệ tinh, hệ thống radar và hệ thống RF/microwave. Sự thành công của các dịch vụ internet dựa trên vệ tinh (như Starlink của SpaceX) và các mạng vệ tinh khác được kỳ vọng sẽ là một động lực chính cho sự tăng trưởng liên tục của GaN-on-SiC. 

Những bộ khuếch đại công suất này cung cấp hiệu suất cao hơn, băng thông rộng hơn và hiệu suất nhiệt được cải thiện so với các lựa chọn truyền thống. Đối với các nhà thiết kế, GaN-on-SiC là một khối xây dựng cơ bản quan trọng cho việc tạo ra các hệ thống truyền thông vệ tinh mạnh mẽ, nhỏ gọn và đáng tin cậy hơn.

Qorvo là một trong những nhà lãnh đạo trong lĩnh vực giải pháp RF ngày nay. Các bộ khuếch đại công suất GaN của công ty dành cho radar, truyền thông vệ tinh và hệ thống phòng thủ được biết đến với công suất cao, hiệu suất và tuyến tính cao. 

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

2. FPGA chịu đựng bức xạ cho Ứng dụng Vũ trụ

Các mảng cổng có thể lập trình trường (FPGA) chịu đựng bức xạ có thể chịu đựng các điều kiện cực đoan của vũ trụ, bao gồm tiếp xúc với mức độ bức xạ cao làm hỏng các linh kiện điện tử thông thường. Các sản phẩm mới nhất cung cấp mật độ logic cao hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn, cho phép xử lý phức tạp hơn trong quỹ đạo.

Các thiết bị này được thiết kế để chống lại sự cố đơn lẻ (SEUs) và các hình thức hư hại do bức xạ khác. Chúng có thể được lập trình sau khi triển khai, mang lại sự linh hoạt chưa từng có cho các hệ thống tính toán dựa trên không gian bằng cách cho phép cấu hình lại và cập nhật trong quỹ đạo. Sự linh hoạt này vô cùng quý giá để thích ứng với những thách thức không lường trước hoặc cập nhật trong yêu cầu nhiệm vụ. 

Gia đình FPGA Kintex^™ UltraScale^™ XQR chất lượng không gian của AMD nổi bật trong lĩnh vực này. Những thiết bị thuộc thời đại không gian này cung cấp tới 446K ô logic và được chứng nhận đạt đến 100 krad(Si) liều tổng, làm cho chúng phù hợp với một loạt các ứng dụng không gian.

3. Kết nối Quang băng thông cao cho Hàng không vũ trụ

Kết nối quang ngày càng thay thế dây đồng truyền thống trong các hệ thống hàng không vũ trụ. Sự chuyển đổi này được thúc đẩy bởi nhu cầu về băng thông dữ liệu cao hơn và lợi ích của sợi quang trong việc giảm nhiễu điện từ (EMI). Do sợi quang miễn nhiễm với EMI, chúng cải thiện độ tin cậy của truyền dữ liệu trong môi trường điện tử ồn ào. Chúng cũng cung cấp băng thông đáng kể cao hơn so với đồng, mang lại hiệu suất tốt hơn cho các ứng dụng cần nhiều dữ liệu. 

Fusion cảm biến thời gian thực - nơi dữ liệu từ nhiều cảm biến được kết hợp và xử lý ngay lập tức - đòi hỏi băng thông cao và độ trễ thấp của kết nối quang. Tương tự, màn hình độ phân giải cao trong buồng lái hiện đại và hệ thống giải trí cho hành khách yêu cầu truyền tải lượng lớn dữ liệu một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, làm cho kết nối quang trở thành một lựa chọn hấp dẫn.

Kết nối backplane quang được cứng cáp hóa VITA 66.5 của TE Connectivity đang ngày càng được ưa chuộng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ với khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 25 Gbps mỗi kênh. Tiêu chuẩn VITA 66.5 đảm bảo rằng chúng được cứng cáp hóa để chịu đựng được điều kiện khắc nghiệt trong ứng dụng hàng không vũ trụ, bao gồm sự biến đổi nhiệt độ đáng kể, áp lực cơ học và tiếp xúc với rung động cực đoan. 

4. Cảm biến Quantum cho Định vị và Đo thời gian Nâng cao

Cảm biến Quantum tận dụng các hiện tượng lượng tử - như chồng chất và rối lượng tử - để đạt được độ chính xác xa hơn nhiều so với hệ thống GPS hoặc quán tính truyền thống. Ví dụ, cảm biến gia tốc lượng tử có thể phát hiện những thay đổi rất nhỏ về chuyển động và hướng với độ chính xác cực kỳ cao, cho phép định vị sâu trong không gian một cách đáng tin cậy nơi mà các hệ thống thông thường sẽ thất bại. Cảm biến Quantum có khả năng sẽ trở thành một thành phần thiết yếu cho tương lai của việc khám phá không gian sâu. 

Nền tảng công nghệ lõi quantum ColdquantaLabs của Infleqtion hỗ trợ phát triển một loạt các thiết bị quantum, bao gồm đồng hồ nguyên tử và gia tốc kế cực kỳ chính xác. Nền tảng này cung cấp các công cụ và cơ sở hạ tầng cần thiết cho việc tạo ra các hệ thống định vị thế hệ tiếp theo, mở đường cho độ chính xác đột phá cho khám phá không gian, hoạt động quân sự và các hệ thống định vị tiên tiến.

5. Chip Tính toán Neuromorphic cho Máy Bay không Người Lái Tự Động

Chip tính toán neuromorphic được thiết kế để mô phỏng kiến trúc của bộ não con người. Kiến trúc này cho phép chip neuromorphic xử lý thông tin một cách song song và hiệu quả cao, làm cho chúng đặc biệt có lợi cho các hệ thống tự động như máy bay không người lái. Những chip này xuất sắc trong việc nhận dạng mẫu, ra quyết định và xử lý thời gian thực, tất cả đều rất quan trọng đối với máy bay không người lái và các phương tiện tự động khác cần tự định vị và phản ứng linh hoạt với môi trường xung quanh.

Chip neuromorphic thực hiện các phép tính phức tạp trong khi tiêu thụ năng lượng đáng kể ít hơn so với các bộ xử lý truyền thống. Điều này đặc biệt quý giá đối với máy bay không người lái sử dụng pin, nơi hiệu quả năng lượng ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian bay và chức năng tự động. Khi các nhà thiết kế hệ thống AI cho máy bay không người lái bắt đầu tận dụng những chip mới này, khả năng tạo ra máy bay không người lái hoàn toàn tự động và thông minh cao đang trở nên khả thi hơn.

Chip neuromorphic Loihi 2 của Intel là một ví dụ điển hình của công nghệ này. Mặc dù không được thiết kế riêng cho ngành hàng không vũ trụ, chip Loihi 2 có những tính năng khiến nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho hệ thống drone tự động của tương lai. Dù chip neuromorphic như Loihi 2 vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển cho các ứng dụng hàng không vũ trụ, tiềm năng của chúng như một bước ngoặt cho các hệ thống tự động được công nhận rộng rãi.

6. Dây dẫn Nano ống Carbon siêu nhẹ cho Máy bay

Dây dẫn nano ống carbon có khả năng giảm đáng kể trọng lượng máy bay – cải thiện hiệu quả nhiên liệu và khả năng chở hàng – đồng thời tăng cường dẫn điện và dẫn nhiệt. Thách thức? Công nghệ này vẫn chủ yếu ở giai đoạn phát triển. Việc tích hợp dây dẫn nano ống carbon vào quy trình thiết kế hiện tại và đảm bảo độ tin cậy lâu dài vẫn là những thách thức lớn.

Một tiên phong trong lĩnh vực này, Nanocomp Technologies (một phần của Huntsman Corporation) sản xuất tấm và sợi nano ống carbon Miralon. Những vật liệu này có thể sớm thay thế dây dẫn đồng truyền thống, mang lại tiết kiệm trọng lượng lên đến 70%.

Hình thành Bầu trời của Tương lai 

Các linh kiện điện tử đang thúc đẩy sự đổi mới trong ngành hàng không vũ trụ đang phát triển nhanh chóng, mang lại những cơ hội thú vị cho các nhà thiết kế và kỹ sư. Những tiến bộ này - từ bộ khuếch đại GaN-on-SiC đến cảm biến lượng tử - đang cho phép hệ thống hàng không vũ trụ nhẹ hơn, hiệu quả hơn và có khả năng cao hơn. Khi ngành công nghiệp chuyển hướng sang động cơ điện, bay tự động và mở rộng khám phá không gian, việc nắm vững những công nghệ này sẽ là yếu tố then chốt.

Chúng ta cần phải nỗ lực thực hành sự linh hoạt cá nhân, liên tục học hỏi và thích nghi với những công nghệ mới này. Sự tò mò, cần cù và sáng tạo là chìa khóa để thành công. Bằng cách chấp nhận những xu hướng này và các linh kiện hỗ trợ chúng, các chuyên gia hàng không vũ trụ có thể tạo ra thế hệ máy bay và tàu vũ trụ tiếp theo sẽ hình thành tương lai của chúng ta trên bầu trời và hơn thế nữa.