从SpaceX看商业航天卫星的新时代

亚德诺半导体 2023-04-21 14:43 1550浏览 0评论 0点赞

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昨晚，号称“有史以来最大运载火箭”的SpaceX最新一代运载火箭系统“星舰”(Starship)在执行首次轨道级测试飞行任务发射三分钟后，其“超重型推进器”部分未能成功分离，在高空发生了爆炸。虽然此次发射失败，但SpaceX仍未放弃探索宇宙和多行星化的梦想，其CEO马斯克也第一时间发推文回应祝贺SpaceX团队对星舰进行了激动人心的测试发射，为几个月后的下一次测试发射学到了很多东西。

人类探索太空的脚步一直未曾停歇，在过去几年里航天工业的经营方式也发生了显著变化，新企业正借助目标远大的项目进入新的市场，抓住巨大的商机。随着发射入轨的商业航天卫星数量迅速增加，并且成本大幅下降，运载火箭成本逐渐降低，摩尔定律的体现使得卫星体积也缩小了好几个数量级。例如相比于前几代公交车大小的超复杂产品，如今只有摩托车大小的简易卫星重量更轻，制造和发射成本也更加低廉。

商业航天卫星市场（主要为低成本近地轨道卫星）快速扩张，现已成为市场发展的驱动力，与之形成对比的是限制多、成本高、海拔高的地球同步轨道(GEO)卫星。随着这些市场变化的出现，主要的问题之一是需要多少辐射加固。如今，大批量商业航天市场不能承担成本较高、要求严格、耐辐射，并且符合航天标准的“传统”芯片、元件和设备，并且通常也不需要。

对于高可靠性的传统产品，其初始的设计目的是为了在恶劣的太空环境中使用数十年，搭载的则是高地球轨道的GEO电信卫星。在那种环境里，辐射更加强烈，同时也会对航天器的电子装置产生危害。现在，在卫星市场中，15至20年的抗辐射飞行任务的市场份额只占一小部分。今天的新太空商业市场有着不同的结构——任务持续时间只有几年，甚至几个月，因此在太空辐射威胁相对较低的地方辐射加固水平的要求也更低。

太空辐射

卫星和航天器电子系统的主要威胁是辐射。辐射产生的影响包括临时故障、长期退化、灾难性故障等。适用的防御措施是使用经过辐射加固和测试的电子设备，它们经过专门的辐射性能和生存能力测试。

推动商业航天卫星产业发展的因素：

更低的发射成本
体积更小、重量更轻、价格更加低廉的航天器
对现代IC技术和新功能的需求
对近地轨道任务和更大卫星群的重视
需要缩短产品上市时间

巨型卫星群

商业航天行业发展势头迅猛，这让进入太空这件事变得比以往任何时候都更加容易，由数千颗卫星组成的低成本近地轨道巨型卫星群已经开始部署。

近地轨道信号延迟更低，为关键任务通信、远程机器人手术、金融交易和游戏等应用场合提供更快的响应速度。不过，相比于在传统地球同步轨道高度运行，较低的轨道上的这些卫星观察到的地球表面范围更小，因此需要更多的卫星才能实现相同的地球表面覆盖范围。

小型卫星和巨型卫星群的应用正在普及开来，预计每年会发射1000多颗近地卫星。由于超大型卫星群中拥有如此多的卫星，商业企业不可能同时让多颗卫星维持运行，并为每套传统器件支付数千美元的费用。对于在商业太空卫星行业开展业务的新太空企业，需要一个切实可行、经济实惠，并且适合用来平衡任务和风险的解决方案。

巨星卫星群业务

新太空是一个新兴的全球性私营航天器产业，致力于寻求体积较小、功能较强、具有成本效益的抗辐射技术，以满足低辐射或相对良性辐射环境和短时任务的需要。

目标：

降低准入门槛
提供体积更小、价格更低、重量为500公斤以下的卫星来执行单一任务
近地轨道高度仅为地球同步轨道的3%，且处于较低的辐射环境中
需要更复杂的通信网络

弥合差距的商业解决方案

今天的小型卫星需要创新的设计解决方案，减小尺寸、重量、功率和成本，这是传统器件所不具备的。在太空应用中使用价格较低的商用现成(COTS)器件有许多益处，可享受先进的技术、更高的集成度、更高的性能和更好的SWaP。不过，仅使用COTS器件可能无法满足许多新航天事业的保护、测试和可靠性需求。

如今，ADI公司的商业航天产品弥合了低端COTS器件与传统全航天级气密QML V产品之间的差距。商业航天产品实现了可靠性与低成本之间的平衡，以达到可接受的风险水平。其他功能包括晶圆批次统一性和可追溯性、辐射监测器和强化测试，以及COTS商用级产品不支持的功能。

产品等级评估表

ADI公司建立了两个新的产品等级组合，以满足新兴商业航天卫星行业的广泛需求。该行业主要研究在低辐射环境中运行的近地卫星和巨型卫星群，以及传统地球同步轨道卫星不断变化的成本压力。

商用航天低轨道卫星(CSL)

商用航天低轨道卫星是为了满足成本限制或高容量的需求，它提供了适合在低辐射环境中绕轨道运行的近地轨道卫星群的基本测试和筛选服务。

商用航天高轨道卫星(CSH)

专为需要高可靠性、比传统产品成本更低、功能更先进的客户而设计。商用航天高轨道卫星具备较高水平的筛选和辐射鉴定能力，并提供了严格的测试。可在没有气密包装的情况下使用（相当于使用SAE AS6294作为指南的QML V）。CSH包含CSL所能提供的一切功能，另外还可提供高可靠性的筛选和质量合格检验服务。

凭借数十年以来积累的航天级部件制造知识，ADI公司提供综合全面、强大可靠和耐辐射的传统产品组合，以及两种新等级的商业航天产品，帮助老牌企业和新太空公司更快地将LEO和GEO卫星送入太空。ADI公司作为可靠的合作伙伴、协作者和技术顾问，竭力帮助客户设计出能够满足严苛环境条件的产品，实现具有挑战性的任务目标，并提高市场竞争力。