Navigation par inertie MEMS: le "cerveau de navigation miniature" pour l'exploration spatiale

Je suis désolée.

1. Qu'est-ce que la navigation par inertie MEMS? Le noyau miniature de la navigation spatiale

Le système de navigation inertielle MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) est un dispositif de navigation de haute précision fabriqué sur la base de la technologie micro-électro-mécanique.Il est principalement composé de gyroscopes MEMS (pour mesurer la vitesse angulaire), accéléromètres MEMS (pour mesurer l'accélération) et unités de traitement des données.il peut calculer indépendamment la positionCette caractéristique de "navigation autonome" en fait un choix idéal pour l'environnement extrême de l'espace.

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Comparé aux systèmes traditionnels de navigation par inertie de qualité aérospatiale, la navigation par inertie MEMS présente trois avantages principaux:miniaturisation, conception légère et faible coûtSes composants de base peuvent être réduits à l'échelle millimétrique, avec un poids allant de plusieurs grammes à des dizaines de grammes et une consommation d'énergie aussi faible que le niveau de milliwatts.répond parfaitement à la demande de base des engins spatiaux pour "réduire le poids et améliorer l'efficacité"Pendant ce temps, après des traitements spéciaux de renforcement tels que la résistance aux rayonnements et la résistance à haute et basse température, la navigation inertielle MEMS peut résister à des conditions spatiales extrêmes, y compris le vide,les radiations fortes et les variations de température drastiques (-200°C à + 120°C), dont la stabilité et la fiabilité atteignent les normes aérospatiales.

2. L'assistant complet pour l'exploration spatiale ¢ Scénarios d'application de base de la navigation inertielle MEMS

2.1 Le "contrôleur d'attitude" pour les satellites et les engins spatiaux.

Les satellites doivent maintenir avec précision leur position pendant le fonctionnement orbital (par exemple, aligner les panneaux solaires sur le soleil et les antennes de communication sur la Terre),une tâche effectuée principalement par des systèmes de navigation par inertie MEMSEn mesurant en temps réel la vitesse angulaire et les changements d'attitude des satellites, il fournit un support de données pour le système de contrôle d'attitude,actionneurs de conduite tels que les propulseurs et les roues de réaction pour ajuster l'attitude en temps opportun et assurer le fonctionnement stable des satellites.

Par exemple, dans les constellations de satellites de communication en orbite terrestre basse (tels que Starlink), chaque satellite doit rapidement compléter le changement orbital et l'étalonnage de l'attitude.La navigation inertielle MEMS est devenue la composante de base de la navigation pour le déploiement de lots de constellations en raison de ses avantages de "réponse rapide et petite taille"Pour les sondes de l'espace lointain (comme les rovers Mars et les détecteurs d'astéroïdes), la navigation en temps réel basée sur les signaux de télémétrie au sol est impossible dans l'espace lointain loin de la Terre.Navigation par inertie MEMS, combiné avec des traceurs d'étoiles et des horloges atomiques, forme un système de navigation autonome pour assurer que la sonde vole avec précision vers le corps céleste cible.

2.2 Le "gardien de la sécurité" pour les vols spatiaux habités

Dans les vaisseaux spatiaux habités tels que les vaisseaux spatiaux habités et les stations spatiales, la navigation par inertie MEMS assure une mission critique de "niveau de maintien de la vie".vitesse et position du vaisseau spatial, fournissant des données précises pour l'ajustement orbital, le rendez-vous et l'amarrage,mais peut également déclencher rapidement le programme de contrôle d'attitude d'urgence en cas d'urgence (comme une défaillance d'amarrage entre le vaisseau et la station spatiale, ou position anormale de la capsule de retour lors de la rentrée dans l'atmosphère), assurant ainsi la sécurité des astronautes.

Prenons l'exemple du vaisseau spatial Shenzhou, quand la capsule de retour rentrera dans l'atmosphère, elle connaîtra un intense réchauffement aérodynamique et des perturbations d'attitude.travaillant en coordination avec les systèmes de navigation infrarouge et de contrôle des parachutes, calcule avec précision la position et l'attitude de la capsule de retour pour s'assurer qu'elle atterrit en toute sécurité au site d'atterrissage prédéterminé.un module de navigation inertielle MEMS miniature est intégré dans les combinaisons spatiales extra-véhiculaires des astronautes, qui surveille en temps réel l'attitude des mouvements des astronautes et fournit une référence de navigation pour les activités extra-véhiculaires.

2.3 Le "navigateur de précision" pour les robots spatiaux et les services en orbite.

Avec le développement des technologies de service spatial en orbite (comme la maintenance des satellites, l'élimination des débris spatiaux et l'assemblage en orbite),Les robots spatiaux (bras robotiques et robots mobiles autonomes) sont devenus l'équipement de base, et la navigation inertielle MEMS est la clé de leur "opération de précision". Elle peut détecter en temps réel le mouvement des articulations et l'écart de position des robots,S'assurer que le bras robotique attrape avec précision les satellites, complète le remplacement de l'équipement ou permet au robot mobile de se déplacer le long du chemin prédéterminé en dehors de la cabine de la station spatiale.

Par exemple, lorsque le bras robotique de la Station spatiale internationale (ISS) transfère des astronautes et transporte des marchandises,les données d'attitude de haute précision fournies par la navigation inertielle MEMS peuvent contrôler l'erreur de fonctionnement à l'intérieur du niveau centimétriqueÀ l'avenir, quand les remorqueurs vont nettoyer les débris spatiaux, ils devront accrocher avec précision avec les débris.et la capacité de navigation autonome de la navigation inertielle MEMS peut assurer un processus d'amarrage stable et fiable.

2.4 Le "navigateur autonome" pour l'exploration de l'espace profond.

Dans les missions d'exploration de l'espace lointain comme l'exploration lunaire et martienne, les signaux de télémétrie au sol ont un retard de plusieurs minutes ou même des dizaines de minutes.ce qui rend impossible le contrôle en temps réel de la sondeLa fonction de "navigation autonome" de la navigation inertielle MEMS est donc particulièrement importante.il forme un système de navigation par fusion à sources multiples, permettant à la sonde de planifier indépendamment ses trajectoires, d'éviter les obstacles et d'atteindre un atterrissage précis.

Par exemple, lorsque la sonde lunaire Chang'e-5 a effectué un échantillonnage de la surface lunaire, la navigation inertielle MEMS a surveillé en temps réel l'attitude et la position de la sonde,s'assurer que le bras robotisé d'échantillonnage positionne avec précision la zone cibleQuand le rover Mars voyage sur la surface martienne, la navigation par inertie MEMS, combinée avec les données de caméra de terrain,ajuste indépendamment la direction et la vitesse de déplacement pour éviter de se retrouver coincé dans des dunes de sable ou en collision avec des rochers.

3. Les percées technologiques et les perspectives d'avenir

L'application de la navigation inertielle MEMS dans le domaine spatial est inséparable de deux percées technologiques fondamentales.amélioration de la précisionEn adoptant de nouveaux matériaux (comme des microstructures à base de silicium et des cristaux de quartz) et des algorithmes de traitement des signaux (comme le filtrage Kalman et la compensation des réseaux neuronaux),la stabilité du biais des gyroscopes MEMS a atteint le niveau 0Le second est le système de navigation par inertie en fibre optique traditionnelle.renforcement pour les environnements extrêmesGrâce à une technologie d'emballage optimisée et à une conception de blindage radiologique, la navigation inertielle MEMS peut fonctionner de manière stable pendant une longue période dans l'environnement de rayonnement spatial difficile.avec une durée de vie supérieure à 10 ans.

Dans le futur, l'application de la navigation inertielle MEMS dans le domaine spatial se développera dans trois directions.miniaturisation et intégration, intégrant des fonctions telles que la navigation, la communication et l'approvisionnement en énergie sur une seule puce pour créer des "navires spatiaux sur puce".navigation par fusion multi-sources, en réalisant une intégration approfondie avec les détecteurs d'étoiles, les horloges atomiques, la navigation quantique et d'autres technologies afin d'améliorer encore la précision et la fiabilité de la navigation.l' expansion de l' espace profond, étant appliquée à des missions spatiales plus lointaines telles que l'exploration d'astéroïdes et la navigation interstellaire, et devenant le "cerveau de navigation portable" pour les êtres humains pour explorer l'univers.

4Conclusion

Du contrôle d'attitude par satellite à la garantie de la sécurité des vols spatiaux habités, de l'exploration de l'espace profond à la navigation autonome au fonctionnement de précision des robots spatiaux,La navigation inertielle MEMS est en train de remodeler le mode de navigation de l'exploration spatiale avec ses caractéristiques de "miniaturisation"Avec l'avancement continu de la technologieCe "cerveau de navigation miniature" fournira un support de navigation solide pour les êtres humains pour explorer l'inconnu dans des voyages cosmiques plus lointains, contribuant à l'entrée de l'exploration spatiale dans une nouvelle ère de plus grande efficacité, de moindre coût et de plus grande sécurité.

Je suis désolée.