Los problemas electromagnéticos
Plataforma formada por múltiples instrumentos
Aparecen interferencias electromagnética (EMI):
Emisiones conducidas
Emisiones radiadas
Susceptibilidad conducida
Susceptibilidad radiada
Diseño de equipos para ser compatibles entre ellos (EMC)
Los problemas electromagnéticos (II)
La supresión de las EMI a varios niveles:
Circuito impreso
Filtrado y aislamiento
Apantallamientos
La puesta a “Tierra”, denominada “grounding”.
Los circuitos impresos
Selección de componentes, más o menos inmunes a las EMI.
Trazado y características de las pistas.
Posicionamiento de componentes.
Planos de tierra y capas de alimentaciones.
Filtrado y aislamiento
Previenen o mitigan la susceptibilidades y emisiones conducidas.
Utilización de ferritas, condensadores, bobinas.
Uso de condensadores pasamuros y de tres polos.
Aislamiento con transformadores y optoacopladores.
El apantallamiento
Equivalentes a los filtros pero para las emisiones y susceptibilidades radiadas.
Apantallamientos de sistemas o partes de circuitos impresos.
Apantallamientos de cables.
“Grounding”
Literalmente consiste en la puesta a “tierra” (plataforma en este caso)
Los más comunes utilizados en espacio son:
Punto único en estrella
Punto múltiple
Punto múltiple con referencia única
Flotante
Punto encadenado
Basura espacial: curiosidades
El resto más antiguo aún en órbita es el segundo satélite estadounidense, el Vanguard I, lanzado el 17 de marzo de 1958 y que funcionó sólo durante 6 años.
En 1965, durante el primer paseo espacial de un estadounidense, el astronauta del Géminis 4, Edward White perdió un guante. Durante un mes el guante estuvo en órbita a una velocidad de 28.000 km / h, convirtiéndose en la prenda de vestir más peligrosa de la historia.
Más de 200, la mayoría bolsas de basura, salieron a la deriva de la estación espacial Mir durante sus primeros 10 años de vida.
La mayor cantidad de basura espacial creada por la destrucción de una sola nave se debió a la etapa superior de un cohete Pegasus lanzado en 1994. Su explosión en 1996 creó una nube de unos 300.000 fragmentos de más de 4 mm, 700 de los cuales eran lo suficientemente grandes como para ser catalogados. Esta explosión, por si sola, duplicó el riesgo de colisión del Hubble.
Elementos sensible a la radiación
CMOS, circuitos bipolares, µProcesadores.
LED’s y diodos láser.
Optoacopladores, enlaces de fibra óptica.
Sensores (Si, GaAs, células solares)
Cableado y aislantes.
Materiales ópticos.
Detectores (Irm R-X, R-gamma)
Criogenia
Efectos de la radiación
Dosis total de ionización (TID)
Efecto provocado por la exposición durante largo tiempo a la radiación.
Daños por desplazamiento o NIEL (Non-Ionizing Energy Loss).
Desplazamiento de átomos en la red cristalina debido al impacto de partículas.
Efectos de eventos individuales (SEE)
Interacciones individuales que producen daños temporales o permantentes.
Dosis Total de Ionización (TID)
Se mide en Krad(SiO2).
1 Krad equivale a 100 erg/g
Esta relacionada con la generación de pares huecos en los dispositivos MOS.
Produce variación en los voltajes de umbral, formándose o corrientes de fugas o conmutación off-on a 0 V
Los efectos de eventos individuales (SEE)
La transferencia de energía lineal (LET):
Cantidad de carga en por unidad de longitud
Se mide en MeV.cm2/mg
El umbral de LET nos indica la inmunidad a los eventos individuales
Pueden ser destructivos o no destructivos
SEE (II): efectos no destructivos
Efectos individuales de cambio de estado SEU.
Efectos múltiples de cambio de estado MBU.
Efecto individual de interrupción funcional.
Suceso individual de transitorio, SET. Se da en circuitos analógicos
Suceso individual de perturbación, SED.
SEE (III): efectos destructivos
Suceso simple de latchup, SEL. Muy peligroso
Suceso simple de quemado, SEB.
Suceso simple de snapback, SESB.
Suceso simple de ruptura de puerta, SEGR.
Mitigación de los efectos de la radiación en el Espacio
Impedir los problemas:
Utilización de escudos protectores
Colocación adecuada de los instrumentos
Uso de componentes endurecidos a radiación.
Diseño de sistemas tolerantes a fallos: redundancias
Circuitos tolerantes a SEU
Las redundancias
Dos categorías principales:
Activas
No requieren de elementos externos de detección de fallo.
Toman de manera autónoma de conmutar el elemento erróneo.
Stand-by
Necesitan elementos externos de detección de fallos.
La conmutación del elemento erróneo es inducida de manera remota.
Correctores de SEU
El SEU es característico de Flip-Flops y memorias (bit-flip).
Se utilizan detectores y/o correctores:
Detección de paridad
Chequeo de redundancia cíclica (CRC)
Codificación Hamming
El EDAC: Error Detector And Corrector es uno de los más usados.
En Giada se implementó en una FPGA.
Tecnología espacial
Proyecto Instrumento Espacial
CONTROL
CALIDAD
(Gp:) I.P.
(Gp:) P.Manager
(Gp:) Óptica
(Gp:) Mecánica
(Gp:) Electrónica
(Gp:) SW
(Gp:) AIV
(Gp:) Comité
Científico
(Gp:) Térmica
(Gp:) EGSE
(Gp:) Test
Ambientales
(Gp:) Calibración
(Gp:) Transporte
etc.
(Gp:) Fuentes
(Gp:) DPU
(Gp:) Adquisición
(Gp:) Mecanismos
Actuadores
(Gp:) Electrónica
Proximidad
(Gp:) Detectores
(Gp:) TC/TM
(Gp:) Cables y
Conectores
Consorcio Proyecto Espacial
Los proyectos espaciales se suelen realizar con consorcios (internacionales)
Cada grupo de trabajo tiene su IP y su PM
Actividades AIV: Cada paquete de trabajo ha de hacer su integración (si procede), pruebas ambientales y calibraciones (funciones de transferencia) independientemente
Relación con Empresas
Control de Calidad (INTA sí puede)
Montaje
Almacenaje de materiales y componentes
Adquisición de materiales y componentes (cuando se puede CPP) TECNOLOGICA
Se puede hacer todo el proyecto en la empresa
Diferencias en Espacio I
Cualificación de los componentes
Análisis y prevención de fallos y estudio de soluciones
Radiación (fundamental en lógica)
Masa
Temperaturas
Vacío
Evacuación del calor
Choque y vibraciones
Control de Calidad
PAPELES 40-50% del tiempo
Costes
Diferencias en Espacio II
Redundancias
Los interfaces entre los distintos subsistemas deben fijarse claramente.
Especial mención: Fuentes y TC/TM por ser con el S/C
Software:
Una documentación férrea
Es lo único modificable en vuelo
Parcheable
Un modo SEGURO
Gestión de contingencias
Siempre bajo configuración
Plazos temporales muy estrictos, muchas veces solo hay una ventana.
Cosas a tener en cuenta
Redundancias
Sistemas de detección y corrección de errores
Ej. EDAC
Traza exterior
Ej. Watch dog & after watch dog register
Puerto de test
El hw que no lo rompa el sw
El sw que no lo rompa el hw
Planetary Protection (los que aterrizan)
Filosofía de Modelos
Prototipos funcionales no representativos
Modelo de Ingeniería (EM)
Modelo Térmico y Estructural (STM)
Modelo de Calificación (QM)
Modelo de Vuelo (FM o PFM)
Modelo de Repuesto (FS)
GIADA-2: PSU/CPU
FPGA
Actel
Xilinx
Atmel
Permiten el diseño en paralelo
Reducción de masa, volumen y consumo
Diseñar pensando en pulsos espurios
Muchas de las ventajas de usar FPGA’s en usos comerciales se convierten a menudo en un problema al aplicar estos dispositivos a usos en el espacio. Parece que las FPGA’s se pueden modificar y corregir fácilmente, más tarde en el proceso del desarrollo
FABRICANTES:
Vida del SW
Maestro Rafa I
Todas las fases/documentación del SW deben cumplir con los estándares de ESA/NASA
Pensar a largo plazo: en la construcción de los requerimientos del SW hay que pensar en como validarlos
Resolver los requerimientos con pocos recursos de computación
El diseño del SW ha de realizarse para poder parchearlo en vuelo
Intensa/frustrante interacción en la fase de integración con el HW
Fase de validación agotadoras y estrictas
Maestro Rafa II
Mantenimiento de documentación consume muchos recursos
Documentación desde el primer paso y en TODOS lo pasos
Control de configuración a bajo nivel tanto en SW como en documentación
Pocas veces hay soluciones ya existentes. Construcción de herramientas a medida para resolver problemas puntuales
Viajes/teleconferencias/reuniones/mails constantes interrumpiendo el trabajo
Exámenes periódicos por parte de ESA/NASA
Recomendaciones
En la fase preliminar de los proyectos, debe haber una gran interacción entre los diseñadores de SW y HW para optimizar los requisitos para ambos.
Prestar mucha atención a las diferencias de prestaciones, e incluso pinout, entre las versiones comerciales y espaciales de los componentes.
No se deben reducir las prestaciones de las fuentes de alimentación por reducir masa, al final tienes problemas.
El ruido debe filtrarse lo más cerca posible de la fuente donde se genera.
Diseñar, sobre todo las FPGA’s, como un paranoico, es la forma de que falle menos.
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