不論載人還是無人的太空飛行器都依賴於定製的嵌入式計算系統,由於標準系統在設計時並未考慮到太空應用,因此它們並未解決空間飛行所面臨的諸如:除氣、錫須、冗餘和加固等關鍵問題, Space VPX正是為解決上述問題,以空間應用為中心而建立的標準化平臺,試圖為衛星和載人太空飛行器創建標準的電子架構,以降低成本並簡化系統升級,標準化可以帶來更低的開發成本和更高可靠性的優勢。
spaceVPX,定義下一代空間應用的標準
VITA78 space VPX標準定義了用於空間電子設備的標準接口,數據路徑,連接器和其他構件,這些歷史上一直是自定義的傳統設計,很難複製和升級,而且價格昂貴。
傳統空間系統通常採用專有和專用內部接口的解決方案,在這些解決方案中,復用、升級並不是優先考慮的問題,傳統空間電子設計遺留的最大問題之一是:總承包商在系統的使用壽命中起著中心作用,這種扼殺競爭和靈活性的選擇導致了成本的大幅增加。
相反,VITA 78 SpaceVPX尋求使用開放系統架構指南和開放標準來實現空間電子設計中軟體和硬體之間的鬆散耦合。
SpaceVPX旨在降低與接口重新集成相關的風險和成本,以使軟體和硬體重用更具吸引力和低成本。
VITA 78 SpaceVPX與OpenVPX嵌入式計算行業標準相關,但考慮了空間的特殊需求,例如輻射強度,極高的可靠性以及在陸地、海洋或空中所不具備的惡劣工作條件下能夠長時間運行的能力。
SpaceVPX,也稱為VITA 78,使用VITA 65 OpenVPX背板標準作為具有空間功能的系統。 遺憾的是,這個標準仍然不是由中國團隊來制定,而是由VITA 78工作組開發,是下一代空間互連標準(NGSIS)的一部分,SpaceVPX通過空間所需的功能增強了VPX標準。 因此,SpaceVPX解決了VPX未涵蓋的許多對航天至關重要的問題:
通過冗餘電源分配和關鍵配置信號的故障檢測實現單點故障冗餘可以根據需要打開和關閉的備用模塊支持新功能的系統管理強大的系統診斷SpaceVPX添加了雙冗餘應用程式管理模塊來管理新功能。與OpenVPX中創建的配置文件相似,SpaceVPX還定義了定義了有效載荷、開關、控制器和背板模塊配置文件,以滿足空間應用的需求,並在實用層中增加了功能以實現容錯功能。 Space VPX調用點對點數據路徑(而不是總線路徑),以幫助空間系統避開故障並避免影響整個系統模塊。
SpaceVPX添加了空間應用程式模塊,在應用程式平臺提供雙冗餘備份,並定義了基於IEEE 1355的SpaceWire太空飛行器通信網絡標準。
使用開放標準意味著不必反覆攀升新設計的學習曲線,復用硬體、固件和軟體可以縮短設計周期並降低生命周期成本。 它還可以使設計人員專注於緊迫的問題,例如尺寸減小,重量減輕和功耗(SWaP),這在空間應用中始終是頭等大事。
SpaceVPX超堅固連接性
設計一款用於空間的嵌入式計算系統需要一種解決方案,該解決方案不僅要承受升空的極端振動,還要應對極端溫度,空間輻射以及其他惡劣的外部條件。
TE MULTIGIG RT 2-R背板連接器是VITA 46 VPX連接器MULTIGIG RT 2連接器的向後兼容升級版。 採用無針晶圓設計代替針式觸點,可以將晶片「調整」為特定的電氣需求,以支持特定客戶的特定阻抗、延遲和其他電氣參數需求。
TE工程師修改了VITA 46連接器的接觸系統,以提供四重冗餘接觸,而不是現有系統的兩點,增加冗餘點可提高高振動環境中的可靠性。
除了超堅固的設計外,MULTIGIG RT 2-R連接器還具有其他一些功能,使其在太空應用中具有吸引力。
它符合NASA除氣要求,由於氣體會降低衛星或太陽能電池中電荷耦合器件(CCD)傳感器的性能,因此放氣是釋放出固體中含有的氣體的一個問題,除氣是創建和維護高真空環境所面臨嚴峻挑戰。 而且,太空飛行器的封閉環境可能使除氣更加困難。由於連接器避免使用純錫,因此不會促進所謂的錫晶須的生長,錫晶須可能是觸點之間,PCB焊盤之間以及觸點與焊盤之間短路的重要原因。 錫晶須也會導致金屬蒸氣電弧,當固態金屬晶須汽化成高導電性金屬離子的等離子時,會發生這種現象,該電弧會形成能夠承載數百安培的電弧。 錫晶須已被證明是在軌衛星故障的重要潛在故障模式。領存6U SpaceVPX,原型產品預計2021年第四季度之前提供。