Cómo el lanzamiento de SpaceX Dragon Capsule a la estación espacial cambiará el diseño de PCB

SpaceX Dragon

¿Alguna vez has mirado a la luna y te preguntaste qué misterios hay más allá? De vez en cuando, mientras estoy mirando a la luna, una estrella en movimiento me llama la atención. La Estación Espacial Internacional (ISS) es ocasionalmente visible desde la Tierra y es un recordatorio constante de los logros de la humanidad en el espacio. SpaceX recientemente agregó otro logro a la lista, al reabastecer la ISS con una cápsula utilizada anteriormente. Los avances de SpaceX en naves espaciales reutilizables están haciendo que el espacio sea más accesible comercialmente. A medida que los lanzamientos espaciales se vuelvan más, los diseñadores de PCB tendrán que preparar sus placas para los rigores del espacio y el despegue para llegar allí. Los cambios rápidos de temperatura y la aceleración rápida harán que los diseñadores piensen más en las propiedades mecánicas y materiales de sus placas.

Acoplamiento de cápsula de dragón: Parte 2 

Quizás recuerdes en 2012 cuando SpaceX se convirtió en la primera compañía privada en acoplarse a la ISS.Ese primer acoplamiento fue un gran logro para SpaceX, pero no se detuvieron allí. El 5 de junio de 2017, reabastecieron la estación nuevamente, pero esta vez con una cápsula Dragon previamente utilizada.SpaceX ha estado en una misión de reciclaje y ha estado aterrizando y reutilizando sus cohetes, pero esta es la primera vez que reutiliza una cápsula.Su próximo hito será reutilizar un cohete y una cápsula para una misión de reabastecimiento.

La razón por la que SpaceX está presionando tanto para las naves espaciales de usos múltiples es simple, dinero. Su objetivo es hacer que los vuelos espaciales sean más asequibles.Cuesta mucho menos restaurar un cohete o cápsula que construir uno nuevo. A medida que los lanzamientos se vuelven menos costosos, podemos esperar ver más de ellos. El objetivo a largo plazo de SpaceX de llegar a Marte también significará más misiones espaciales. Están planeando enviar cohetes de usos múltiples en viajes de ida y vuelta entre la Tierra y Marte. El diseñador de PCB promedio generalmente no piensa mucho en el espacio, pero con la colonización interplanetaria en el mapa, es hora de comenzar.

 

bright hot orange sun

El ciclo térmico rápido puede significar la perdición de su PCB.

Consideraciones de temperatura

Normalmente, cuando pienso en las temperaturas en el espacio, pienso en "frío". Sin embargo, sorprendentemente, el espacio puede ser bastante caluroso. La luz solar directa realmente aumenta el calor cuando no hay atmósfera para absorber su energía. A medida que las naves espaciales orbitan o giran los planetas, se sombrearán alternativamente y se expondrán al sol, causando enormes diferencias de temperatura. Este ciclo térmico puede cambiar las características eléctricas de una PCB y reducir su vida útil.

Al diseñar una placa de alto rendimiento, sé que está pensando en qué materiales usar y sus constantes dieléctricas (Dk).Un problema con el espacio es que sus temperaturas oscilantes pueden cambiar la Dk de su material. Esto sucede porque la temperatura reorienta las moléculas polarizadas que forman un dieléctrico.Dependiendo de la temperatura, sus sustratos Dk pueden subir o bajar. Obviamente, esto no va a ayudar a su PCB. Entonces, si está diseñando un PCB para un cohete, deberá asegurarse de que pueda mantener su Dk en todas las temperaturas.

La temperatura también tiene algunos efectos más obvios. Probablemente piense en el coeficiente de expansión térmica (CTE) de sus materiales cuando diseñe. A medida que su tabla pase de la luz solar directa a la sombra completa, experimentará un gran cambio de temperatura, lo que hará que se expanda y se contraiga.Este efecto de acordeón romperá tu placa y hará que falle si no eliges los materiales correctos. El espacio es un lugar salvaje, así que asegúrese de que sus materiales sean lo suficientemente flexibles como para manejar cualquier temperatura que se les presente.

En cuanto a los materiales, Dk y CTE serán dos de sus principales preocupaciones. Necesitará seleccionar materiales con Dks que permanezcan bastante constantes en un amplio rango de temperaturas. En el lado de la temperatura, desea materiales que puedan soportar el calor sin romperse.

 

SpaceX Falcon 9 Lauch

Las vibraciones de lanzamiento no son buenas vibraciones. Crédito editorial: Nadezda Murmakova / Shutterstock.com 

Vibración

Hablando de flexibilidad, sus tablas también pueden necesitar ser mecánicamente flexibles. La parte más peligrosa de una misión espacial para un PCB es el lanzamiento.Durante el lanzamiento, las naves espaciales experimentan enormes fuerzas. La aceleración y las vibraciones involucradas sacuden a los astronautas y seguramente también sacudirán sus tablas.

Durante el despegue, los motores primarios producen olas que pueden causar problemas para muchos barcos diferentes. Este temblor puede ser particularmente destructivo para los PCB.La flexibilidad es una buena manera de contrarrestar las vibraciones. Los PCB flexibles rígidos son generalmente más livianos que los PCB tradicionales, lo que los hace menos propensos a las vibraciones.Una luz también puede ahorrar un peso precioso en una nave espacial. Los circuitos flexibles por naturaleza son reacios a los golpes, pero aún deben diseñarse para categorías específicas de vibración.Cuando se diseñan adecuadamente, los PCB flexibles flexibles y rígidos funcionan bien. Este tipo de placas ya se están utilizando en aplicaciones aeroespaciales, desde helicópteros hasta satélites.

Si bien el viaje espacial no es exactamente una rareza en estos días, seguramente se volverá más a medida que pase el tiempo. Empresas como SpaceX están haciendo grandes avances en la industria espacial comercial. A medida que SpaceX continúe alcanzando sus hitos, comenzaremos a diseñar muchos más PCB para la exploración espacial. Dos cosas importantes a tener en cuenta al diseñar PCB para el espacio son los ciclos térmicos y las vibraciones. Los grandes cambios de temperatura en el espacio pueden hacer que su PCB falle debido a la expansión térmica, o pueden reducir su funcionalidad al cambiar sus sustratos Dk. La vibración simplemente romperá tu tabla en pedazos. Sin embargo, si comienza a usar PCB rígidos flexibles, puede mitigar los efectos de vibración y asegurarse de que su placa llegue a lo desconocido.

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Acerca del autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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