目前在地球上的许多地方,我们已经能够流畅使用无线网络。但是当我们向从未有人到过的星球发送信号时,又会发生什么呢?
太空网络是地球上的基站与无人太空探测器、行星探测车、轨道卫星或载人航天飞船之间的双向通信。这些无线电信号传回消息、图像和科学发现。有朝一日它们会用于地球聚居地与月球或火星之间的通信。当然,这不只是“打电话”到火星这么简单,外太空网络与我们在地球上的体验大不相同。信号以光速传播,这意味着无线电信号可能需要20分钟或更长的时间才能到达火星探测车,这就如同回到拨号式联网。
除了极其缓慢的通信之外,太空网络还面临可靠性的挑战。如果太空探测器在冥王星附近发生故障,科学家无法准确地命令其返回实验室;或是当火星探测车在火星表面停止不动时,也无法打开后备箱并取出备用件。
因此,太空通信系统中的所有组件必须能够承受高辐射水平、剧烈温度波动,并具有长使用寿命。Space.com的报告称:“即使是在最短的地球-火星往返行程中,宇航员接收到的辐射剂量也将近有66雷姆。这个量相当于每五六天接受一次全身CT扫描。”
温度也会影响可靠性。在地球大气层外,阳光照射下的物体温度可达248华氏度,而阴影下的物体温度可达零下148华氏度。根据NASA数据,火星上的温度变化范围在-284至86华氏度之间。
对于火星探测车等系统来说,功效是另一个挑战。在将数据或图像传回地球之前,探测车能多有效地充分利用电源?
GaN(和GaAs)的一小步,太空网络的一大步
深太空的严苛环境是砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)理想的用武之地。对太空探索以及最重要的回传地球的通信所固有的挑战性条件来说,这两种化合物半导体技术必不可少。
GaAs是一种化合物半导体,几十年来一直是太空应用领域的实际标准。GaAs放大器和开关稳固可靠,并且已经用于包括通信和导航卫星在内的多个太空平台上。然而,新兴标准是GaN。GaN解决方案可在更高温度下可靠运行,寿命比传统技术长100倍。GaN还能在更小的封装内提供更高的输出功率和数据吞吐量,能耗降低高达20%。
成百上千种基于GaAs和GaN的网络解决方案已经在太空应用中推出。这些解决方案包括用于支持关键项目的轨道卫星,如用于宽带数据、电信和GPS的Boeing Spaceway。
NASA也一直依靠网络技术来传送其发现。1997年NASA、欧洲航天局和意大利航天局在一项合作任务中向土星发射了卡西尼-惠更斯号太空飞船。卡西尼-惠更斯号探测器包含关键设备,旨在使其在土星卫星泰坦表面执行任务期间,与太空飞船进行通信。Qorvo的砷化镓(GaAs)技术是将研究结果发回地球的关键所在。
几年之后,火星成为NASA勇气号和机遇号两部探测车的目的地,它们也配备了GaAs放大器。这两部探测车于2004年抵达火星,凭借卓越设计与星际装置的结合,勇气号持续运行并与地球保持通信直至2010年。它的姐妹探测车机遇号至今仍在运行,并向全球科学家发送数据。
随后,NASA于2006年向冥王星发射新地平线号太空飞船。通信系统组件帮助新地平线号持续运行九年,并将首批冥王星高分辨率图像传回地球。新地平线号是第一艘访问柯伊伯带的太空飞船,这是一个距离海王星至少超过10亿英里的大区域,包含小型绕行冰体。
2012年,火星科学实验室(MSL)的天空起重机着陆雷达和好奇号探测车也搭载了类似的组件。在著名的恐怖七分钟航程中,网络对好奇号安全着陆火星表面是必不可少的。
对于科幻爱好者们来说,我们也在监控无线电波以寻找智能生命,搜寻外星人最好的方法就是用RF!太空要求外星网络的可靠性和效率提升到全新的“超尘世”水平,借助合适的RF技术,飞向宇宙,浩瀚无垠!
Qorvo在太空
冥王星新地平线号:Qorvo帮助将图像从冥王星发送回地球
通过Qorvo实现太空通信:土星卡西尼-惠更斯号、火星勇气号与机遇号
Qorvo技术帮助好奇号探测车着陆火星
Qorvo已在轨运行二十年(并将继续运行)
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原文标题:GaN/GaAs的一小步,太空网络的一大步!
文章出处:【微信号:Qorvo_Inc,微信公众号:Qorvo半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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