Whitepaper
Temperaturmessung
in Satelliten und Raumfahrzeugen
Wesentliche Faktoren für die Auswahl und Integration von Sensoren
Dieses Dokument soll Ingenieur:innen umfassende Einblicke in die Herausforderungen, Auswahlkriterien und Integration von NTC-Thermistoren (Negative Temperature Coefficient) und Platin-RTDs (Resistance Temperature Devices) in die Satellitentechnik vermitteln. Wir werden die spezifischen Herausforderungen bei der Anwendung dieser Temperatursensoren im Weltraum untersuchen, die Kriterien für die Auswahl des geeigneten Sensors für verschiedene Anwendungen skizzieren und bewährte Verfahren für deren Integration und Platzierung diskutieren. Außerdem präsentieren wir reale Anwendungen von Temperatursensoren in den verschiedenen globalen Programmen. Schließlich werden wir zukünftige Trends wie Miniaturisierung, maschinelles Lernen und adaptive Sensorik untersuchen und ihre potenziellen Vorteile und Kompromisse für Weltraumanwendungen untersuchen.
Temperatursensoren
von TE Connectivity
International zertifizierte Sensoren: Seit fast fünf Jahrzehnten liefert TE Temperatursensoren an die NASA und die ESA und erfüllt dabei die strengen S-311-P-18-Standards des GSFC (Goddard Space Flight Center), die sowohl von der NASA als auch von der ESA gefordert werden.
Bewährte Leistung: Unsere Sensoren waren an historischen Weltraummissionen wie der 1972 gestarteten Raumsonde Pioneer 10 und der 2011 gestarteten Juno-Mission zum Jupiter sowie an vielen anderen Erkundungsmissionen beteiligt. Unsere umfassende Erfahrung und unser Engagement für Innovation bestätigen, dass unsere Temperatursensoren den strengen Anforderungen von Weltraummissionen gerecht werden, eine zuverlässige Leistung bieten und zum Erfolg verschiedener Raumfahrtprojekte beitragen.
EINFÜHRUNG
In der Vergangenheit waren die NASA, die ESA und verschiedene nationale Raumfahrtagenturen die dominierenden Nutzer von Raumfahrzeugkomponenten. Die Zulieferer haben Komponenten für diese Agenturen in relativ kleinen Mengen maßgeschneidert und produziert. Die Kommerzialisierung der Raumfahrtindustrie hat jedoch das Design, die Entwicklung und die Implementierung von Sensoren und anderen Komponenten, die für die extremen Bedingungen im Weltraum ausgelegt sind, drastisch verändert.
Im Jahr 2023 hat die Branche mehr als 2.800 Satelliten im Einsatz, die meisten davon in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO). Dank unserer umfangreichen Erfahrung mit nationalen Raumfahrtbehörden bieten wir kostengünstige Temperatursensoren für den kommerziellen Markt an, die mit der Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Sensoren für ältere Raumfahrzeuge mithalten können. Der Fokus liegt weiterhin auf zukünftigen Innovationen und Anwendungen, um diesen expandierenden Markt zu unterstützen.
Während Sensoren wie thermische Infrarot- und Mikrowellensensoren in Satelliten eingesetzt werden, um externe Daten zu sammeln, werden wir uns auf Temperatursensoren konzentrieren, die für Anwendungen innerhalb von Raumfahrzeugen vorgesehen sind. Diese internen Sensoren sind entscheidend für den robusten Betrieb von Instrumenten und Mechanismen in Satelliten.
Wir werden die Herausforderungen untersuchen, die mit dem Einsatz von NTC- (negativer Temperaturkoeffizient) und RTD- (Widerstandstemperaturdetektor) Temperatursensoren in extremen Weltraumumgebungen verbunden sind. Wir besprechen auch die Faktoren, die die Auswahl der Sensoren beeinflussen, und eine Anleitung zur Integration und Platzierung der Sensoren geben.
Neben einer Analyse allgemeiner Fallstudien zu spezifischen Anwendungen von Temperatursensoren werden mögliche zukünftige Innovationen und Trends in der Temperatursensorik untersucht und die mit ihrer Umsetzung verbundenen Vorteile und Nachteile diskutiert.
DESIGN
Herausforderungen bei der Entwicklung von Temperatursensoren in Raumfahrzeugen
Temperatursensoren sind kritische Komponenten in allen Arten von Raumfahrzeugen. Sie überwachen die Innen- und Außentemperaturen und liefern Daten, die für die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz des Raumfahrzeugs wichtig sind. Diese Instrumente spielen eine wichtige Rolle, wie zum Beispiel:
Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität
Temperatursensoren überwachen die Temperatur innerhalb und außerhalb des Raumfahrzeugrumpfes und bestätigen, dass die Systeme zur Aufrechterhaltung der Festigkeit und Haltbarkeit des Rumpfes innerhalb der Toleranz liegen.
Überwachung des Stromversorgungssystems
Die Überwachung der Temperatur von Solaranlagen und Batterien und die Implementierung von Wärmemanagement-Systemen bestätigt, dass das Raumschiff über die notwendige Energie verfügt, um seine Mission zu erfüllen.
Umweltmanagement
Temperatursensoren helfen bei der Regulierung der internen Umgebung und tragen dazu bei, die für die Besatzung und/oder die Ausrüstung erforderlichen Bedingungen aufrechtzuerhalten.
Kalibrierung der Instrumente
Die genaue Kalibrierung aller Instrumente hängt von den genauen Referenztemperaturen ab, die von diesen Sensoren geliefert werden.
Notfall-Übersteuerungen
Temperatursensoren dienen der Aktivierung von Alarmen, automatischen Wiederherstellungsverfahren oder Notabschaltsystemen.
Raumfahrzeuge stellen einzigartige Herausforderungen für die Integration von Thermistoren und RTDs dar. Die Temperaturspanne reicht von Werten nahe dem absoluten Nullpunkt im Schatten bis zu 250 °C. Da im Vakuum des Weltraums keine Luft vorhanden ist, findet keine Wärmeübertragung durch Konvektion zur Temperaturregulierung statt. Strahlung kann die Zersetzung von Materialien verursachen. Sie kann ebenfalls die Präzision von Sensoren beeinträchtigen. Um ungenaue Messungen oder Sensorausfälle zu verhindern, müssen Ingenieur:innen mechanische Belastungen aus verschiedenen Quellen berücksichtigen.
Die Abgabe flüchtiger Stoffe aus Werkstoffen im Vakuum kann zur Kondensation dieser Stoffe auf Oberflächen führen. Dies kann die Funktionstüchtigkeit von Sensoren und anderen empfindlichen Instrumenten negativ beeinflussen. Schließlich gibt es erhebliche Leistungsbeschränkungen in Raumfahrzeugen, was die Bedeutung der Budgetierung des Leistungsbedarfs unterstreicht. Ihr vertrauenswürdiger Sensorlieferant kann Ratschläge für spezifische Situationen geben; die folgenden Absätze behandeln jedoch gängige Herausforderungen zusammen mit Methoden zu deren Bewältigung.
Thermische Variationen
Das Management von thermischen Schwankungen ist sowohl eine entscheidende Anwendung für Temperatursensoren als auch eine wesentliche Herausforderung für die Implementierung. Raumfahrzeuge unterliegen extremen Temperaturschwankungen von -270 °C bis +250 °C, je nachdem, welche Seite der Sonne zugewandt ist. Diese extremen Temperaturen können die Funktionalität und Leistung vieler Komponenten im gesamten Raumfahrzeug beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, ein Wärmemanagement zu implementieren, um die Belastung der Sensoren durch extreme Temperaturschwankungen zu begrenzen. Die Konstrukteur:innen wählen Sensoren aus, die den voraussichtlichen Temperaturbereichen an den Messpunkten entsprechen. Sie berücksichtigen auch Geräteausfälle, die Temperaturabweichungen verursachen können.
Abwesenheit von konvektiver Wärmeübertragung
Einzigartige thermische Bedingungen erfordern eine sorgfältige Überlegung beim Einsatz von Temperatursensoren in Raumfahrzeugen. Strahlung und konduktive Übertragung ersetzen die Konvektion als primären Modus der Wärmeübertragung, da keine Atmosphäre vorhanden ist. Dies kann zu ungleichmäßigen Temperaturen führen, die die Genauigkeit des Sensors beeinträchtigen. Daher müssen die Ingenieurinnen und Ingenieure die Sensoren strategisch platzieren, um sie zu kompensieren, und geeignete Sensormaterialien, Montageteile und -methoden auswählen. Der Einsatz aktiver Wärmeregulierung, wie z.B. Heizungen und Kühler, trägt dazu bei, die besten Betriebsbedingungen zu erhalten.
Strahlung
Gammastrahlung sowie Protonen- und Schwerionenstrahlung können die in Instrumenten und Sensoren eingesetzten Materialien zersetzen. Diese Zersetzung kann ungenaue Messwerte zur Folge haben. Diese Ungenauigkeiten können den Betrieb und die Sicherheit des Satelliten beeinträchtigen.
Um diese Herausforderung zu meistern, sollten Sie strahlungsbeständige Temperatursensoren verwenden und robuste Materialien in die Konstruktion der Sensoren integrieren. Verwenden Sie redundante Sensoren zusammen mit regelmäßiger Autokalibrierung und ziehen Sie Algorithmen in Betracht, um strahleninduzierte Fehler zu kompensieren.
Mechanische Beanspruchung
Raumfahrzeuge sind beim Start, bei Orbitalmanövern und beim Wiedereintritt Vibrationen und Stößen ausgesetzt, die die Temperatursensoren beeinträchtigen können. Thermische Schwankungen können ebenfalls zu einer Belastung der Sensoren führen. Diese Belastungen können die Genauigkeit der Temperatursensoren beeinträchtigen, wenn die Materialien nicht spezifiziert sind. Montieren Sie diskrete Sensoren nach Möglichkeit in einem robusten Gehäuse oder verwenden Sie eine vollständige Fühlerbaugruppe, um sie vor Stößen und Vibrationen zu schützen und/oder verwenden Sie flexible Montagetechniken. Auch der Einsatz von Kalibrierungs- und Kompensationsalgorithmen kann die Genauigkeit verbessern. Außerdem bieten redundante Sensoren eine Absicherung bei Problemen mit den Messwerten.
Materialausgasung
Vakuum und hohe Temperaturen können dazu führen, dass Materialien volatile Verbindungen freisetzen, die sich auf Oberflächen ablagern. Mit der Zeit können diese Beschichtungen den Betrieb anderer Geräte an Bord erheblich beeinträchtigen. Um dieses Problem zu vermeiden, sollten im gesamten Raumfahrzeug Materialien verwendet werden, die die Ausgasung minimieren. Wenn ein Materialwechsel nicht möglich ist, sollten weltraumtaugliche Beschichtungen verwendet werden, um dieses Problem zu vermeiden. Ein thermisches Ausheizen der Komponenten und Materialien vor dem Einbau hilft ebenfalls, dieses Problem zu vermeiden.
Leistungseinschränkungen
Raumfahrzeuge haben aufgrund der Größe und Effizienz ihrer Solarzellen und der Kapazität ihrer Batteriesysteme ein begrenztes Energiebudget. Sensoren, die für ihren Betrieb ständig Strom benötigen, können die für andere Systeme verfügbare Leistung verringern. Um den Stromverbrauch zu senken, sollten Sie nach Möglichkeit Sensoren mit geringem Stromverbrauch wie Thermistoren oder RTDs verwenden. Implementieren Sie ein intelligentes Energiemanagement, um die Energieverteilung zu priorisieren. Optimieren Sie die Isolierung, um den Bedarf an aktivem Wärmemanagement zu verringern.
Mit unserer langjährigen Erfahrung in der Implementierung von Sensorik für Raumfahrzeuge sind wir in der Lage, seine umfangreiche Wissensbasis zu nutzen, um Ihre technischen Ressourcen zu ergänzen. Im Folgenden setzen wir die Erörterung von Themen rund um die Anwendung von Sensoren und fort.
AUSWAHLKRITERIEN
Auswahlkriterien für Temperatursensoren in Raumfahrzeugen
Die Auswahl von Temperatursensoren für die Raumfahrt erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der extremen thermischen Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind. Beim Start reichen die Temperaturen von –40 °C bis +250 °C. In der erdnahen Umlaufbahn (LEO) können sie zwischen –100 °C und +250 °C schwanken. Im tiefen Weltraum können die Temperaturen fast auf den absoluten Nullpunkt (–270 °C) sinken, während Raumfahrzeuge beim Wiedereintritt in die Atmosphäre über 1.650 °C ausgesetzt sein können. In diesem Abschnitt werden die Kriterien für die Auswahl von NTC-Thermistoren und Platin-RTDs mit Beispielen für ihre Anwendungen untersucht. Erfahrene Sensorhersteller können wertvolle Einblicke geben und Zugang zu Sensoren gewähren, die für bestimmte Bedingungen rigoros getestet wurden. Im Folgenden finden Sie jedoch allgemeine Informationen zu Auswahlkriterien.
| NTC-THERMISTOREN | PLATIN-RTD-SENSOREN | |
|---|---|---|
| Genauigkeit und Stabilität |
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| Reaktionszeit |
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| Stromverbrauch |
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| Größe und Gewicht |
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| Kosteneffizienz |
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| Temperaturbereich |
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NTC - Betriebstemperaturbereich ist –60 °C bis +160 °C. Der Lagertemperaturbereich liegt bei –60 °C bis +160 °C.
RTD - Betriebstemperaturbereich ist –170 °C bis +170 °C. Der Lagertemperaturbereich liegt bei –170 °C bis +170 °C.
INTEGRATION & PLATZIERUNG
Die Auswahl von Temperatursensoren für die Raumfahrt erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der extremen thermischen Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind. Beim Start reichen die Temperaturen von –40 °C bis +250 °C. In der erdnahen Umlaufbahn (LEO) können sie zwischen –100 °C und +250 °C schwanken. Im tiefen Weltraum können die Temperaturen fast auf den absoluten Nullpunkt (–270 °C) sinken, und beim Wiedereintritt in die Atmosphäre können Raumfahrzeuge über 1.650 °C ausgesetzt sein.
In diesem Abschnitt werden die Kriterien für die Auswahl von NTC-Thermistoren und Platin-RTDs mit Beispielen für ihre Anwendungen erläutert. Erfahrene Sensorhersteller können wertvolle Einblicke geben und Zugang zu Sensoren gewähren, die für bestimmte Bedingungen rigoros getestet wurden. Im Folgenden finden Sie jedoch allgemeine Informationen zu Auswahlkriterien.
NTC-Thermistoren
Bringen Sie die Thermistoren so nah wie möglich an den zu überwachenden kritischen Komponenten an, um genaue Messwerte von Solaranlagen, Batterien, Elektronik und Komponenten des Antriebssystems zu erhalten. Verwenden Sie wärmeleitende (minimal ausgasende) Klebstoffe oder mechanische Befestigungen, die den zu erwartenden Bedingungen, einschließlich Stößen, Vibrationen und Temperaturschwankungen, standhalten können. Sorgen Sie für einen guten Wärmekontakt zwischen dem Thermistor und der zu messenden Oberfläche. Verwenden Sie nach Möglichkeit ein umweltverträgliches Wärmeleitfett (minimale Ausgasung), um die Wärmeübertragung zu verbessern. Schützen Sie Thermistoren vor Strahlung und elektromagnetischer Interferenz (EMI) mit Abschirmungsmaterialien oder indem Sie sie in ein geschirmtes Gehäuse einbauen.
Platin-RTD-Sensoren
Für Umgebungen mit hohen Temperaturen sollten Sie RTDs verwenden, die speziell für extreme Temperaturen ausgelegt sind. Implementieren Sie Wärmebrücken oder Isolierungen, um die Belastung der RTDs durch hohe Temperaturen zu reduzieren und gleichzeitig genaue Messungen zu ermöglichen. Eine regelmäßige Kalibrierung ist wichtig, um Sensordrift zu verhindern. Für Langzeitmissionen sollten automatische Kalibrierungsroutinen in Betracht gezogen werden. Installieren Sie mehrere RTD Sensoren in kritischen Bereichen, um Redundanz zu gewährleisten.
Allgemeine Empfehlungen
Wählen Sie einen Sensorhersteller, der nachweislich Sensoren für Weltraummissionen geliefert hat. Gründliche Tests, einschließlich Temperaturwechsel-, Schock-, Vibrations-, Ausgasungs- und Strahlungstests, sind entscheidend, um zu bestätigen, dass die Sensorkonstruktionen vor der Integration weltraumtauglich sind. Integrieren Sie die Sensordaten in das Thermomanagementsystem des Raumfahrzeugs, um Echtzeit-Überwachung und -Steuerung zu ermöglichen. Führen Sie eine detaillierte Dokumentation der Sensorplatzierung, der Kalibrierungsverfahren und der Testergebnisse für die Fehlersuche und als Referenz bei zukünftigen Missionen.
FALLBEISPIELE
Landsat-Programm [USA]
Ziel: Langfristige Erdbeobachtung zur Überwachung von Landnutzung, Entwaldung, Urbanisierung und Naturkatastrophen. Die von der NASA und dem USGS verwaltete Landsat-Serie liefert seit 1972 kontinuierlich Daten.
NTC-Thermistor-Anwendungen in Landsat 8 (2013) und 9 (2021): NTC Thermistoren sind in die thermischen Kontrollsysteme integriert, um die Temperatur des Operational Land Imager (OLI) und des Thermal Infrared Sensor (TIRS) zu überwachen und zu regulieren. Beide Instrumente erfordern ein präzises Temperaturmanagement, um qualitativ hochwertige Daten zu erfassen. Unsere Ingenieur:innen haben diese Thermistoren so konzipiert, dass sie auch unter rauen Weltraumbedingungen wie Strahlung, Vakuum und extremen Temperaturschwankungen zuverlässig funktionieren.
Kopernikus-Sentinel-Missionen [Europa]
Ziel: Umfassende Erdbeobachtung für Umweltüberwachung, Klimawandel und Katastrophenmanagement. Die Sentinel-Satelliten werden von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) betrieben und liefern hochauflösende Bilder und Daten für verschiedene Anwendungen. Dieses Programm wurde offiziell im Jahr 2014 eingeführt.
Die Sentinel-1-Satelliten sind mit SAR-Instrumenten (Synthetic Aperture Radar) ausgestattet, die ein präzises Wärmemanagement erfordern, um eine zuverlässige Datenerfassung zu gewährleisten. RTD Sensoren werden zur Überwachung und Steuerung der Temperatur dieser Instrumente verwendet, was für die Aufrechterhaltung genauer Radarmessungen entscheidend ist. Mehrere RTDs werden an kritischen Punkten eingesetzt, um die Zuverlässigkeit des Instruments zu gewährleisten.
Galileo GNSS [Europa]
Ziel: Bereitstellung von hochpräzisen globalen Navigationsdiensten. Galileo wird von der ESA betrieben und bietet präzise Ortungs- und Zeitgebungsdienste für zivile und kommerzielle Zwecke. Die ersten Satelliten dieser Mission wurden 2005 gestartet, die derzeitige Konstellation umfasst 30 Satelliten.
NTC-Thermistoren sind in die Solarzellenfelder dieser Satelliten eingebettet und schützen die Photovoltaikzellen vor Überhitzung, während sie gleichzeitig Rückmeldungen zur Leistungsoptimierung liefern. Platin-RTD-Sensoren sind unerlässlich für die präzise Temperaturkontrolle, die für den genauen Betrieb der Atomuhr erforderlich ist. Diese Uhren ermöglichen eine hochgenaue globale Positionsbestimmung und Zeitmessung.
Iridium NEXT [Global]
Ziel: Globales Satellitenkommunikationsnetz. Diese Konstellation umfasst 66 aktive Satelliten sowie zusätzliche Ersatzsatelliten, die eine Sprach- und Datenabdeckung für Satellitentelefone, Pager und integrierte Transceiver rund um den Globus gewährleisten.
Sowohl NTC-Thermistoren als auch Platin-RTDs überwachen die Batterien des Satelliten. RTD Sensoren sind hochpräzise und liefern stabile Messungen über einen großen Temperaturbereich. NTC Thermistoren reagieren empfindlich auf schnelle Temperaturänderungen, die sofortige Maßnahmen zum Schutz der Satellitenbatterien auslösen. Die Kombination aus Platin-RTDs und NTC-Thermistoren gewährleistet, dass die Batterien innerhalb ihres optimalen Temperaturbereichs arbeiten, was eine Überhitzung verhindert und ihre Lebensdauer verlängert.
Hubble-Weltraumteleskop [USA/Europa]
Ziel: Beobachtung astronomischer Phänomene und des Weltraums. Hubble, die gemeinsame Mission von NASA und ESA, hat seit 1990 bahnbrechende Daten über das Universum geliefert.
Eine Kombination aus NASA-qualifizierten NTC-Thermistoren und Dehnungsmessstreifen überwacht den Zustand der Struktur des Hubble-Weltraumteleskops. Diese Sensoren, die schnelle Temperaturänderungen und Materialverformungen erkennen, arbeiten zusammen, um schnell Abhilfemaßnahmen einzuleiten und die strukturelle Integrität des Satelliten zu bestätigen. In den drei Jahrzehnten, die zwischen dieser Mission und dem neueren James-Webb-Weltraumteleskop liegen, wurden neue Temperatursensoren entwickelt, die die Empfindlichkeit und Reichweite sowie die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit verbessern.
Mars Reconnaissance Orbiter [USA]
Ziel: Untersuchung der Atmosphäre und der Oberflächenstruktur des Mars. Dieser 2005 gestartete und von der NASA betriebene Satellit übermittelt hochauflösende Bilder und Daten über das Klima und die Geologie des Planeten an Wissenschaftler auf der Erde.
NTC-Thermistoren an Bord dieses Satelliten sorgen für eine hohe Empfindlichkeit des Wärmemanagementsystems. Bei seiner Ankunft trat der MRO in eine stark elliptische Umlaufbahn um den Mars ein, die mehr als 35 Stunden dauerte. Nach etwa sechs Monaten Aerobraking, einem Manöver, bei dem die Atmosphäre des Planeten zur Korrektur der Umlaufbahn genutzt wird, beträgt die Dauer der Umlaufbahn etwa 112 Minuten. Während dieses Zeitraums muss das System mit extremen Temperaturschwankungen fertig werden. Außerdem sind die Sensoren in der Marsumlaufbahn einer stärkeren kosmischen und solaren Strahlung ausgesetzt. Aufgrund der langen Dauer des ersten Fluges und der beabsichtigten Dauer der Mission war die Stromversorgung des Satelliten zudem eingeschränkt. Es wurden von der NASA qualifizierte NTC-Thermistoren mit erweiterter Reichweite und verbesserter Genauigkeit eingesetzt.
TRENDS
Im Zeitalter der Industriesatelliten gibt es mehrere neue Trends in der Temperatursensorik, die sich auch im Weltraum auswirken können. Im Folgenden werden einige dieser Technologien und ihre wahrscheinlichen Beiträge zusammen mit den inhärenten Risiken hervorgehoben, die bei der Einführung neuer Technologien in dieser Branche, in der viel auf dem Spiel steht, berücksichtigt werden sollten.
Die Miniaturisierung führt zur Entwicklung kleinerer und leichterer Sensoren, die weniger Strom verbrauchen. Diese Sensoren nutzen die Vorteile der Halbleiterfertigungstechnik und werden in allen Bereichen der Technologie eingeführt, von der Automobilindustrie bis zur Medizin. Im Weltraum können diese kleineren Sensoren jedoch aufgrund der möglichen Instabilität dieser Geräte mit geringerer Masse eine Schwachstelle darstellen.
Maschinelles Lernen kann die Genauigkeit von Sensoren verbessern, indem es vorhergesagte Veränderungen ausgleicht, während adaptive Sensorik die Sensorparameter dynamisch anpassen kann, um die Leistung zu erhöhen. Bei Satellitenanwendungen versprechen beide Technologien, knappe Rechenressourcen und Energie zu absorbieren. Dies ist ein erhebliches Risiko in einer Branche, die mit Mikroprozessoren aus den 1990er Jahren standardisiert wurde. Diese neuen Technologien bergen die Möglichkeit neuer und unerwarteter Fehlermöglichkeiten, die den Erfolg der Mission beeinträchtigen können.
Viele der heutigen Satelliten arbeiten mit Mikroprozessoren, die auf älteren, bewährten Designs wie der Pentium-Klasse und dem PowerPC 750 basieren. Ingenieur:innen wählen diese Prozessoren aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und ihrer Fähigkeit, schweren Bedingungen außerhalb der Erdatmosphäre standzuhalten.
FAZIT
NTC-Thermistoren und Platin-RTDs sind kritische Komponenten in modernen Raumfahrzeugen und gewährleisten die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz wichtiger Systeme. In diesem Beitrag wurden die besonderen Herausforderungen hervorgehoben, mit denen diese Sensoren im Weltraum konfrontiert sind, wie z. B. extreme thermische Schwankungen, fehlende konvektive Wärmeübertragung, Strahlenbelastung, mechanische Beanspruchung, Materialausgasung und Energiebeschränkungen. Diese Herausforderungen können Ingenieur:innen bei der Auswahl und Integration von Temperatursensoren in Entwürfe für Satelliten und andere Raumfahrzeuge helfen.
Die Auswahlkriterien für diese Sensoren betonen die Bedeutung von Genauigkeit, Stabilität, Reaktionszeit, Stromverbrauch, Größe, Gewicht und Kosteneffizienz. Die Integration und Platzierung von Temperatursensoren erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der thermischen Umgebung des Raumfahrzeugs und der spezifischen Anforderungen der kritischen Komponenten. Zu den Best Practices gehören die strategische Platzierung von Sensoren, robuste Montagetechniken und die Verwendung von Abschirmungsmaterialien zum Schutz vor Strahlung und elektromagnetischen Störungen.
Anhand von Fallstudien wurde in diesem Whitepaper der erfolgreiche Einsatz von Temperatursensoren bei verschiedenen hochrangigen Missionen wie dem Landsat-Programm, den Copernicus Sentinel-Missionen, Galileo GNSS, Iridium NEXT, dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Mars Reconnaissance Orbiter dargestellt. Diese Beispiele zeigen, wie wichtig eine zuverlässige Temperaturmessung für den Erfolg einer Mission ist.
Zukünftige Trends wie Miniaturisierung, maschinelles Lernen und adaptive Sensorik bieten spannende Möglichkeiten zur Verbesserung der Sensorleistung. Diese Innovationen müssen jedoch gegen die Notwendigkeit einer langfristigen Zuverlässigkeit und die mit neuen Technologien verbundenen potenziellen Risiken abgewogen werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die erfolgreiche Implementierung von Temperatursensoren in Raumfahrzeugen ein tiefes Verständnis der Herausforderungen, eine sorgfältige Auswahl und Integration sowie die Zusammenarbeit mit erfahrenen Lieferanten voraussetzt. Indem sie diese Erkenntnisse nutzen, können Ingenieur:innen den Erfolg und die Weiterentwicklung von Weltraummissionen sicherstellen.
