构建空间的模块化未来

在空间环境中,敏捷性日益受到重视,弹性成为首要任务,航天员工团队正致力于模块化未来的愿景。
空间电路板的模块化

自从“探索者1号”的时代以来,将卫星的有效载荷与提供电力、遥测和通信的总线结合起来一直是一个复杂而耗时的过程,每个任务都有其独特之处。

但是在一个敏捷性日益被优先考虑,而弹性是首要任务的空间环境中,一个航天员工团队正在研究未来的愿景,在这个愿景中,整合卫星的有效载荷和总线几乎就像将一个USB驱动器插入计算机一样简单。

iLab的工程专家布兰迪·罗德斯(Brandie Rhodes)说:“对于大多数卫星来说,有效载荷和总线是一起设计和建造的,每个卫星的时间线和资源都依赖于另一个。”。“现在,我们真正关注的是,‘我们能否以一种对每个人都有利的方式将这些过程分离出来?’?”

航空航天科学家和工程师正在通过iLab的Ventures项目实施一系列举措,共同目标是推进模块化在卫星设计中的应用,这是未来太空任务的关键促成因素。

空间模型的模块化
说明空间系统模块化概念的三维打印模型。

在一个模块化的世界中,有效载荷可以根据一组共享的标准独立于公交车进行设计。该模块化框架将允许两个组件在发射前快速集成,同时保证它们在轨道上按预期功能运行。

这一领域的进展有望开启一系列新能力,从提高制造商的生产效率,到设计卫星星座的更大灵活性。它甚至可以使关键的有效载荷根据可用性和时间安排在不同的卫星巴士和/或运载火箭上飞行,从而对潜在需求作出更迅速的反应。

在这个模块化未来的道路上还有很多挑战,最显著的是开发一套技术和标准,以节省成本和可靠性,赢得几十年来一直依赖专有的、高度定制的卫星行业的支持。

航空航天公司正努力通过解决阻碍这一转变的难题,探索硬件和软件,以形成可被更广泛行业采用的系统基础。

航空航天团队的初步努力是围绕如何在24小时内整合和发射卫星的有效载荷和总线来组织的,这是一个在动态操作过程中对卫星编队进行快速重构的真实情况。

他们的工作包括研究适配器设计和支持系统,使独特的有效载荷与商用CubeSat总线接口。

空间弹弓的模块化
Hannah Weiher,弹弓有效载荷经理,与工程开发部门一起探索模块化设计的潜力。

初始输出包括句柄,一个物理适配器,它将桥接有效负载和总线,以提供所需的电源、命令、数据和定时功能。

与之相关的一个项目是Bender,这是一个低功耗的以太网网络,它将允许立方体卫星的各个子系统连接到一个单一的、可靠的网络来传输数据,而不是现在使用的特殊接口。Bender的源代码最近公开提供。

“你最终会一次又一次地重新发明同一个轮子。这就是我们试图通过避免重复工作来避免模块化的原因,”Bender的高级工程专家Alexander Utter说。“这是一种封装复杂性并确保每个人只需要一个接口的方法。”

模块化革命不会在一夜之间发生,但这一概念所提供的巨大潜力意味着它将继续受到密切研究。航空业无与伦比的技术专长和作为整个行业值得信赖的合作伙伴的角色,使其特别适合交付成果。

“他们大的野心。政府和工业界都强烈希望摆脱一次性设计。“通过iLab Ventures,我们正在发现实现这一目标的技术和想法。”