TI航天級(jí)電源管理器件使NASA工程師更好探索宇宙

我們的航天級(jí)電源管理器件可幫助航空工程師為先進(jìn)的板載（機(jī)載）計(jì)算平臺(tái)供電，從而完成航天任務(wù)，同時(shí)我們還能讓小型衛(wèi)星變得更加智能，為自主航天器實(shí)現(xiàn)人工智能帶來(lái)了可能性。

經(jīng)過(guò)兩年的飛行，航天探測(cè)器OSIRIS-REx于2018年8月成功登陸小行星Bennu，收集了其表面物質(zhì)的樣本。探測(cè)器的處理器使其通過(guò)向任務(wù)控制中心發(fā)送圖像來(lái)與地球進(jìn)行通信，這樣NASA團(tuán)隊(duì)就可以操縱航天器并確定安全著陸地點(diǎn)。

這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。與我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫?a target="_blank">電子設(shè)備相比，探測(cè)器因受到尺寸限制和太空惡劣環(huán)境的影響，其計(jì)算能力有限。OSIRIS-REx的板（機(jī)）載視覺(jué)處理和危險(xiǎn)規(guī)避系統(tǒng)只能每隔幾分鐘進(jìn)行一次導(dǎo)航更新。地球距Bennu的距離為2億英里，傳輸信號(hào)需要18分鐘，所以兩者進(jìn)行通信需要等待很長(zhǎng)時(shí)間。

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NASA不允許出現(xiàn)嚴(yán)重的故障，所以工程師通常會(huì)使用耐輻射芯片。這種芯片足夠堅(jiān)固，能夠承受地球大氣層之外的環(huán)境，但代價(jià)是功率密度有所降低。

為了完成高性能計(jì)算任務(wù)，工程師需要一種耐受太空環(huán)境的全新處理器，并使用TI的航天級(jí)電源管理器件為其供電，該電源管理器件采用一種新的封裝技術(shù)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化可提高性能和功率密度。

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NASA戈達(dá)德太空飛行中心的工程師Nicholas Franconi介紹：“耐輻射器件的設(shè)計(jì)沒(méi)有任何問(wèn)題。”“問(wèn)題是，它們的處理能力通常比商用處理器落后10到20年。所以我們決定開(kāi)發(fā)一種新的方法。”

NASA雄心勃勃的小型處理器

NASA的這一決定促進(jìn)了SpaceCube?系列高性能板（機(jī)）載數(shù)據(jù)處理器的誕生。NASA SpaceCube處理器的核心是一個(gè)商用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA），這是一個(gè)集成電路，比NASA目前使用的耐輻射處理器強(qiáng)大數(shù)百倍。

SpaceCube的FPGA不僅功能強(qiáng)大，還可以通過(guò)重新編程實(shí)現(xiàn)通常需要從地面通信到雷達(dá)等不同處理器才能實(shí)現(xiàn)的多種功能。它非常適合部署在小型衛(wèi)星上，因?yàn)閷?duì)于小型衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，限制組件的數(shù)量和尺寸是至關(guān)重要的。SpaceCube的超小版本是迷你3.0版，其封裝尺寸小于10x10x10厘米，比標(biāo)準(zhǔn)的魔方略大。

Javier Valle擁有TI的航天級(jí)負(fù)載點(diǎn)降壓轉(zhuǎn)換器，可幫助為NASA的SpaceCube供電。

TI航空動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)理Javier Valle協(xié)助設(shè)計(jì)了SpaceCube v3.0的電源管理系統(tǒng)，并說(shuō)：“這是我所見(jiàn)過(guò)的最偉大的小型衛(wèi)星項(xiàng)目之一”。

一個(gè)尺寸超小但功能強(qiáng)大的電源管理系統(tǒng)

要在如此小尺寸的封裝體內(nèi)實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算，需要一種新的方法來(lái)為航天級(jí)FPGA供電。Javier認(rèn)為，高性能意味著對(duì)電源管理系統(tǒng)的高要求，在小型衛(wèi)星尺寸受限的發(fā)供電系統(tǒng)中滿足這些要求具有挑戰(zhàn)性。

他繼續(xù)講道：“隨著衛(wèi)星板（機(jī)）載計(jì)算能力的增強(qiáng)，航空工程師需要在不增加衛(wèi)星尺寸的情況下為電子設(shè)備提供更多電力?！薄癟I的航天級(jí)電源產(chǎn)品憑借其超小的外形尺寸以及業(yè)內(nèi)超高的功率密度滿足了這一需求。航天應(yīng)用通常要求采用密封陶瓷封裝的組件，這降低了電源效率，因此TI的工程師必須開(kāi)發(fā)新的封裝技術(shù)，從而縮小解決方案的體積，同時(shí)提高功率和性能?！?/p>

SpaceCube v3.0的電源系統(tǒng)需要在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)高效且持續(xù)地提供大量電力，即使組件老化或受到輻射干擾也是如此。

Javier 解釋道：“在某些情況下，F(xiàn)PGA 內(nèi)核的電源電壓需要大約一伏特，正負(fù) 4%?！薄叭绻麅?nèi)核電壓下降超過(guò) 4%，F(xiàn)PGA 可能會(huì)重啟，這意味著你會(huì)丟失所有捕捉到的數(shù)據(jù)，這會(huì)導(dǎo)致需要重新對(duì) FPGA 進(jìn)行編程。如果內(nèi)核電壓上升超過(guò) 4%（取決于幅值），則可能對(duì) FPGA 造成永久性損壞。我們的 TPS7H4001-SP 航天級(jí)負(fù)載點(diǎn)降壓轉(zhuǎn)換器在 FPGA 要求的高電流和極端高輻射環(huán)境中率先滿足這些電壓調(diào)節(jié)要求?！?/p>

為了實(shí)現(xiàn)自主航天器的板載人工智能，NASA 計(jì)劃將 SpaceCube v3.0 用于為衛(wèi)星供電以維持其運(yùn)行。在未來(lái)，它甚至可以利用從月球或火星表面提取的資源，為月球或火星周圍的在軌衛(wèi)星執(zhí)行長(zhǎng)期太空探索任務(wù)提供支持。

NASA 負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的首席工程師 Alessandro Geist 說(shuō)：“我們把 SpaceCube 送上太空后完成的第一個(gè)任務(wù)是一項(xiàng)與 Hubble 維修任務(wù)同時(shí)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)中，SpaceCube 演示了板（機(jī)）載位置算法，這是未來(lái)與 Hubble 自動(dòng)對(duì)接的信號(hào)。”“需要 25 臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的耐輻射電腦才能完成這一操作，所以對(duì)于重量和功率要求是令人望而生畏的?！?/p>

通過(guò)將商用耐輻射組件與 TI 的耐輻射電源解決方案結(jié)合，SpaceCube v3.0 使太空人工智能成為可能，這不僅有利于執(zhí)行太空任務(wù)的 NASA，還能使利用更低發(fā)射成本和小型衛(wèi)星技術(shù)探索太空領(lǐng)域的私營(yíng)企業(yè)受益。

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Javier 說(shuō)：“人們有一種誤解，認(rèn)為小型衛(wèi)星只能用于簡(jiǎn)單的應(yīng)用。”“但由 TI 的航天級(jí)器件供電的 SpaceCube 項(xiàng)目表明，即使是小型衛(wèi)星也可以擁有與大型衛(wèi)星一樣的能力?！?/p>

審核編輯：郭婷