Mise à la terre dans l'espace

Je travaille sur un projet qui sera lancé à l'intérieur d'une fusée Blue Origin New Shepard et j'ai besoin de connaître les détails de la mise à la terre de notre expérience. L'expérience aura une alimentation USB 3.0 de 5 V et alimentera un Raspberry Pi Zero W. Comment pourrais-je mettre à la terre notre électronique dans cette capsule?

Parlez avec les concepteurs de vaisseaux spatiaux, ils doivent avoir quelqu'un pour coordonner les spécifications électriques de l'équipement embarqué et vous devrez probablement répondre à leurs spécifications.

Vous devriez probablement connecter la terre du RPi au boîtier pour le blindage électrique. S'il y a d'autres expériences dans la charge utile, vous devriez avoir quelques directives de l'ingénieur système sur les questions CEM. Juste au hasard, voici un exemple de ce que vous devriez obtenir (ce lien est pour un CubeSat). Par exemple, le dégazage est particulièrement important s'il y a des optiques impliquées dans n'importe quelle partie des charges utiles. Il y aura des ICD.

Si l'environnement va être privé d'air, vous devrez vous assurer d'une conception thermique adéquate pour évacuer la chaleur sans permettre aux températures de jonction des puces d'augmenter trop haut, et les forces G et les vibrations lors du lancement sont généralement assez sévères, donc il y aura probablement une connexion thermique et mécanique assez solide entre le PCB et le boîtier.

Vous devez apporter un récipient plein de terre et le connecter à la terre du circuit.

Non, non. La terre comme terre a peu de signification particulière si a) la terre n'est pas utilisée comme conducteur de retour dans un réseau électrique, b) il n'est pas nécessaire de s'assurer que les parties conductrices de l'équipement n'ont pas un potentiel dangereux par rapport à la terre (ce qui rend un accident très probable si les gens sont censés se tenir sur terre).

Pour des conseils sur la façon de le faire - comme mentionné dans d'autres réponses, faites tout ce que le fournisseur de lancement vous dit de faire.

Comment pourrais-je mettre à la terre notre électronique dans cette capsule?

Vous le mettez à la terre dans le boîtier, mais réalisez que le boîtier sera `` flottant '' et peut changer la tension, ce qui ne fera aucune différence pour l'électronique à l'intérieur du boîtier si le boîtier est conducteur, si le boîtier n'est pas continu, cela pourrait créer problèmes de charge.

Cependant, il peut y avoir des problèmes pour tout `` potentiel exposé '' car ceux-ci collectent des charges de surface de l'environnement spatial (qui comprend les plasmas) .La Station spatiale internationale peut changer la tension à quelque chose comme -10 à 25 V par rapport à une charge neutre. Donc, je ne m'inquiéterais pas trop si vous n'avez aucun potentiel exposé, si vous avez des cellules solaires ou des capteurs à l'extérieur, la charge de surface nette devra être prise en compte.

L'environnement spatio-temporel est un endroit désagréable qui comprend le rayonnement (solaire et cosmique), les plasmas et le vide. Cela peut créer des problèmes pour l'électronique commerciale en raison de la température. Le vide peut réellement éroder certains matériaux (comme le PVC), il est donc important de s'assurer que les matériaux sont compatibles avec le vide. La batterie doit également être compatible avec le vide. La plupart des époxy IC sont compatibles sous vide, mais cela doit être vérifié.

Note latérale: Kapton est compatible avec le vide et a une large plage de température, idéal pour une utilisation sur un vaisseau spatial, c'est un matériau étonnant.

Il serait également avantageux de tester votre projet sous vide pendant plusieurs jours pour vous assurer qu'il fonctionne toujours. Vous devrez également vous assurer que l'enceinte n'est pas étanche à l'air (un récipient sous pression), ce qui n'est généralement pas autorisé.

Vous voudrez également vous assurer que la température de l'électronique sera dans la température de fonctionnement car les choses peuvent devenir très chaudes ou froides car il n'y a pas d'air pour équilibrer la température.

Vous voudrez peut-être tendre la main à une communauté de fusées qui sonne , il y a des étudiants qui lancent des projets tout le temps sur des fusées.

Une tension n'est pas un nombre absolu. Une tension est une différence de potentiel entre deux points. Si vous dites qu'une tension est "0V", cela signifie que le nœud que vous mesurez est au même potentiel que votre "masse" (la différence de potentiel entre le nœud et la terre est 0V). Si vous dites que la tension est "12V", cela signifie que le nœud que vous mesurez a un potentiel 12 volts plus élevé que la terre. Encore une fois, la tension est une différence , et donc votre point de référence («masse») est arbitraire. Vous pouvez le placer n'importe où dans votre circuit, et tout cela signifie que toute autre tension que vous mesurez est la différence de potentiel entre la terre choisie et le nœud que vous mesurez.

Sur les projets CubeSat sur lesquels j'ai travaillé, la structure en aluminium a été utilisée comme point de mise à la terre. Et chaque sous-système avait ses motifs associés à un connecteur PC104.

Il est préférable de parler à un ingénieur du système d'alimentation ou du système de projet.

En partie, ce que vous pouvez faire pour un terrain peut dépendre des spécifications environnantes du lancement, vous devrez vérifier. Je fais l'hypothèse que l'expérience sera lancée de manière autonome dans l'espace libre. Selon toute probabilité, vous devez serrer la borne négative de la batterie (je présume) qui alimente votre alimentation USB 5v au châssis métallique approprié ou au boîtier de l'expérience et l'utiliser comme référence. Tout équipement nécessitant une mise à la terre peut être connecté au châssis. Si votre expérience fait des transmissions, je présume qu'il y a une sorte d'agencement d'antenne en dehors du boîtier.

Comme beaucoup l'ont dit, ce problème a déjà été résolu pour vous. Les techniciens du projet auront les spécifications de mise à la terre pour vous. Cependant, pour vous aider à comprendre ce qui se passe ...

La mise à la terre dans l'espace fonctionne de la même manière que la mise à la terre d'une automobile. Le "châssis" représente le plan électrique mis à la terre et le "poste de batterie négatif" (le potentiel de référence pour l'alimentation de la fusée) lui est connecté. Cela est nécessaire car la combinaison de ces beaux pneus que nous tenons pour acquis à notre époque moderne et de l'asphalte isole la voiture d'un «sol en terre» traditionnel.

N'oubliez pas que votre circuit fonctionne sur la différence de potentiels électriques. Supposons qu'il fonctionne sur 1.1v. Peu importe si les tensions de masse et de source réelles sont de 0 V et 1,1 V ou 10 000 V et 10 001,1 V, le Rasberry fonctionnera toujours.

Il est important de se rappeler que le fait d'appeler «0v» est un concept mathématique, pas nécessairement une question de réalité. Cela facilite les calculs, c'est pourquoi nous l'assumons. Tant que nous avons un moyen prévisible d'obtenir la différence dont nous avons besoin entre les deux références, nous ne nous soucions pas vraiment de ce que sont réellement ces références.

Il y a très longtemps, j'ai aidé à concevoir des circuits Futurebus, conçus pour fonctionner dans des satellites. Ces puces comprenaient des circuits reliant les deux plans pour assurer des tensions transitoires sur un plan (masse ou source) également sur le plan opposé pour garantir que la différence de potentiel de fonctionnement à l'intérieur de la puce était toujours la même, stabilisant ainsi le fonctionnement de la puce dans un environnement où un le «sol en terre» traditionnel n'existait pas.

Cela était important car la fréquence de tôle des plans de masse et de source et la résistance des fils reliant la puce au reste du monde étaient suffisamment importantes pour provoquer des variations locales de tension sur les plans (ce qui faisait varier la différence de potentiel). Sur terre, vous l'ignorez un peu, car remplacer la puce sur la chance d'un million à un qu'elle pourrait échouer n'est pas un problème. L'espace n'est pas si accommodant. (Notez que c'était il y a longtemps. La science des matériaux moderne peut avoir des métaux qui ne nécessitent plus ce niveau de paranoïa.)

Mettre à la terre dans votre cas signifie se connecter à la charge moyenne de la plus grande masse disponible (c'est-à-dire le corps de la fusée au lieu de la Terre). Ce sera la référence de la valeur au sol et le reste sera une différence de tension par rapport à cela.