【世說熱點】從SpaceX看商業(yè)航天衛(wèi)星的新時代

日前，號稱“有史以來最大運載火箭”的SpaceX最新一代運載火箭系統(tǒng)“星艦”(Starship)在執(zhí)行首次軌道級測試飛行任務(wù)發(fā)射三分鐘后，其“超重型推進(jìn)器”部分未能成功分離，在高空發(fā)生了爆炸。雖然此次發(fā)射失敗，但SpaceX仍未放棄探索宇宙和多行星化的夢想，其CEO馬斯克也第一時間發(fā)推文回應(yīng)祝賀SpaceX團(tuán)隊對星艦進(jìn)行了激動人心的測試發(fā)射，為幾個月后的下一次測試發(fā)射學(xué)到了很多東西。

人類探索太空的腳步一直未曾停歇，在過去幾年里航天工業(yè)的經(jīng)營方式也發(fā)生了顯著變化，新企業(yè)正借助目標(biāo)遠(yuǎn)大的項目進(jìn)入新的市場，抓住巨大的商機(jī)。隨著發(fā)射入軌的商業(yè)航天衛(wèi)星數(shù)量迅速增加，并且成本大幅下降，運載火箭成本逐漸降低，摩爾定律的體現(xiàn)使得衛(wèi)星體積也縮小了好幾個數(shù)量級。例如相比于前幾代公交車大小的超復(fù)雜產(chǎn)品，如今只有摩托車大小的簡易衛(wèi)星重量更輕，制造和發(fā)射成本也更加低廉。

商業(yè)航天衛(wèi)星市場（主要為低成本近地軌道衛(wèi)星）快速擴(kuò)張，現(xiàn)已成為市場發(fā)展的驅(qū)動力，與之形成對比的是限制多、成本高、海拔高的地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星。隨著這些市場變化的出現(xiàn)，主要的問題之一是需要多少輻射加固。如今，大批量商業(yè)航天市場不能承擔(dān)成本較高、要求嚴(yán)格、耐輻射，并且符合航天標(biāo)準(zhǔn)的“傳統(tǒng)”芯片、元件和設(shè)備，并且通常也不需要。

對于高可靠性的傳統(tǒng)產(chǎn)品，其初始的設(shè)計目的是為了在惡劣的太空環(huán)境中使用數(shù)十年，搭載的則是高地球軌道的GEO電信衛(wèi)星。在那種環(huán)境里，輻射更加強(qiáng)烈，同時也會對航天器的電子裝置產(chǎn)生危害?，F(xiàn)在，在衛(wèi)星市場中，15至20年的抗輻射飛行任務(wù)的市場份額只占一小部分。今天的新太空商業(yè)市場有著不同的結(jié)構(gòu)——任務(wù)持續(xù)時間只有幾年，甚至幾個月，因此在太空輻射威脅相對較低的地方輻射加固水平的要求也更低。

太空輻射

衛(wèi)星和航天器電子系統(tǒng)的主要威脅是輻射。輻射產(chǎn)生的影響包括臨時故障、長期退化、災(zāi)難性故障等。適用的防御措施是使用經(jīng)過輻射加固和測試的電子設(shè)備，它們經(jīng)過專門的輻射性能和生存能力測試。

推動商業(yè)航天衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素：

更低的發(fā)射成本

體積更小、重量更輕、價格更加低廉的航天器

對現(xiàn)代IC技術(shù)和新功能的需求

對近地軌道任務(wù)和更大衛(wèi)星群的重視

需要縮短產(chǎn)品上市時間

巨型衛(wèi)群商業(yè)航天行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，這讓進(jìn)入太空這件事變得比以往任何時候都更加容易，由數(shù)千顆衛(wèi)星組成的低成本近地軌道巨型衛(wèi)星群已經(jīng)開始部署。近地軌道信號延遲更低，為關(guān)鍵任務(wù)通信、遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)、金融交易和游戲等應(yīng)用場合提供更快的響應(yīng)速度。不過，相比于在傳統(tǒng)地球同步軌道高度運行，較低的軌道上的這些衛(wèi)星觀察到的地球表面范圍更小，因此需要更多的衛(wèi)星才能實現(xiàn)相同的地球表面覆蓋范圍。

小型衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群的應(yīng)用正在普及開來，預(yù)計每年會發(fā)射1000多顆近地衛(wèi)星。由于超大型衛(wèi)星群中擁有如此多的衛(wèi)星，商業(yè)企業(yè)不可能同時讓多顆衛(wèi)星維持運行，并為每套傳統(tǒng)器件支付數(shù)千美元的費用。對于在商業(yè)太空衛(wèi)星行業(yè)開展業(yè)務(wù)的新太空企業(yè)，需要一個切實可行、經(jīng)濟(jì)實惠，并且適合用來平衡任務(wù)和風(fēng)險的解決方案。

巨星衛(wèi)星群業(yè)新太空是一個新興的全球性私營航天器產(chǎn)業(yè)，致力于尋求體積較小、功能較強(qiáng)、具有成本效益的抗輻射技術(shù)，以滿足低輻射或相對良性輻射環(huán)境和短時任務(wù)的需要。

目標(biāo)：

降低準(zhǔn)入門檻

提供體積更小、價格更低、重量為500公斤以下的衛(wèi)星來執(zhí)行單一任務(wù)

近地軌道高度僅為地球同步軌道的3%，且處于較低的輻射環(huán)境中

需要更復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)

彌合差距的商業(yè)解決方案

今天的小型衛(wèi)星需要創(chuàng)新的設(shè)計解決方案，減小尺寸、重量、功率和成本，這是傳統(tǒng)器件所不具備的。在太空應(yīng)用中使用價格較低的商用現(xiàn)成(COTS)器件有許多益處，可享受先進(jìn)的技術(shù)、更高的集成度、更高的性能和更好的SWaP。不過，僅使用COTS器件可能無法滿足許多新航天事業(yè)的保護(hù)、測試和可靠性需求。

如今，ADI公司的商業(yè)航天產(chǎn)品彌合了低端COTS器件與傳統(tǒng)全航天級氣密QML V產(chǎn)品之間的差距。商業(yè)航天產(chǎn)品實現(xiàn)了可靠性與低成本之間的平衡，以達(dá)到可接受的風(fēng)險水平。其他功能包括晶圓批次統(tǒng)一性和可追溯性、輻射監(jiān)測器和強(qiáng)化測試，以及COTS商用級產(chǎn)品不支持的功能。

產(chǎn)品等級評估表

ADI公司建立了兩個新的產(chǎn)品等級組合，以滿足新興商業(yè)航天衛(wèi)星行業(yè)的廣泛需求。該行業(yè)主要研究在低輻射環(huán)境中運行的近地衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群，以及傳統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星不斷變化的成本壓力。

商用航天低軌道衛(wèi)星(CSL)

商用航天低軌道衛(wèi)星是為了滿足成本限制或高容量的需求，它提供了適合在低輻射環(huán)境中繞軌道運行的近地軌道衛(wèi)星群的基本測試和篩選服務(wù)。

商用航天高軌道衛(wèi)星(CSH)

專為需要高可靠性、比傳統(tǒng)產(chǎn)品成本更低、功能更先進(jìn)的客戶而設(shè)計。商用航天高軌道衛(wèi)星具備較高水平的篩選和輻射鑒定能力，并提供了嚴(yán)格的測試。可在沒有氣密包裝的情況下使用（相當(dāng)于使用SAE AS6294作為指南的QML V）。CSH包含CSL所能提供的一切功能，另外還可提供高可靠性的篩選和質(zhì)量合格檢驗服務(wù)。

憑借數(shù)十年以來積累的航天級部件制造知識，ADI公司提供綜合全面、強(qiáng)大可靠和耐輻射的傳統(tǒng)產(chǎn)品組合，以及兩種新等級的商業(yè)航天產(chǎn)品，幫助老牌企業(yè)和新太空公司更快地將LEO和GEO衛(wèi)星送入太空。ADI公司作為可靠的合作伙伴、協(xié)作者和技術(shù)顧問，竭力幫助客戶設(shè)計出能夠滿足嚴(yán)苛環(huán)境條件的產(chǎn)品，實現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)目標(biāo)，并提高市場競爭力。

原文轉(zhuǎn)自亞德諾半導(dǎo)體