MEMS İnersiyonel Navigasyon: Uzay Keşifleri İçin "Miniatür Navigasyon Beyni"

- Hayır.

1MEMS İnersyal Navigasyon Nedir? Uzay Navigasyonunun Minyatür Çekirdekleri

MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) İnersyal Navigasyon Sistemi, mikro-elektro-mekanik teknolojiye dayalı olarak üretilen yüksek hassasiyetli bir navigasyon cihazıdır.Temel olarak MEMS jiroskoplarından oluşur ( açısal hızı ölçmek için), MEMS hızlandırıcıları (hızlandırmayı ölçmek için) ve veri işleme üniteleri.bağımsız olarak konum hesaplayabilirBu "özerk navigasyon" özelliği, uzayın aşırı ortamı için ideal bir seçim haline getiriyor.

- Hayır.

Geleneksel havacılık sınıfı inersiyel navigasyon sistemleriyle karşılaştırıldığında, MEMS inersiyel navigasyon üç temel avantajı vardır:minyatürleşme, hafif tasarım ve düşük maliyetTemel bileşenleri milimetre ölçeğine indirilebilir, ağırlığı birkaç gramdan onlarca gram'a kadar ve enerji tüketimi millivat seviyesine kadar düşebilir.Uzay aracının temel talebini "ağırlık azaltma ve verimliliği artırma" için mükemmel bir şekilde karşılıyorBu arada, radyasyon direnci ve yüksek düşük sıcaklık direnci gibi özel güçlendirme işlemlerinden sonra, MEMS inersiyel navigasyon, vakum da dahil olmak üzere aşırı uzay koşullarına dayanabilir.güçlü radyasyon ve şiddetli sıcaklık değişimleri (-200°C ~ + 120°C), istikrarı ve güvenilirliği havacılık standartlarına ulaşır.

2. Uzay Keşifleri için Her Çeşitli Asistan MEMS İnersyal Navigasyonun Temel Uygulama Senaryoları

2.1 Uydular ve Uzay Gemileri için "Düşünce Denetleyicisi"

Uydular yörüngede çalışırken konumlarını doğru bir şekilde korumak zorundadır (örneğin güneş panelleri güneşe ve iletişim antenleri Dünya'ya hizalandırmak),Birincil olarak MEMS inersyal navigasyon sistemleri tarafından gerçekleştirilen bir görevUyduların açısal hızını ve pozisyon değişimlerini gerçek zamanlı olarak ölçerek, pozisyon kontrol sistemi için veri desteği sağlar.Ekipmenler ve reaksiyon tekerlekleri gibi tahrik eden aktüatörler, pozisyonu zamanında ayarlamak ve uyduların istikrarlı çalışmasını sağlamak için.

Örneğin, düşük Dünya yörüngesi iletişim uydusu takımyıldızlarında (Starlink gibi), her uydunun yörüngesini değiştirmeyi ve pozisyon kalibrasyonunu hızlı bir şekilde tamamlaması gerekir.MEMS inersiyel navigasyon, "hızlı yanıt ve küçük boyut" avantajları nedeniyle takımyıldızlarının seri dağıtımı için temel navigasyon bileşeni haline geldi.Derin uzay sondaları için (Mars gezegenleri ve asteroit dedektörleri gibi), yeryüzü telemetri sinyallerine dayanan gerçek zamanlı navigasyon, Dünya'dan uzak derin uzaylarda imkansızdır.MEMS eylemsizlik navigasyonu, yıldız izleyicileri ve atom saatleriyle birleştirilerek, sondanın hedef gökyüzüne doğru uçmasını sağlamak için özerk bir navigasyon sistemi oluşturur.

2.2 İnsanlı Uzay Uçuşları için "Güvenlik Koruyucusu"

İnsanlı uzay gemileri ve uzay istasyonları gibi insansız uzay araçlarında, MEMS inersiyel navigasyon "hayat desteği seviyesi" kritik bir görevi üstlenir.uzay aracının hızı ve konumu, yörüngede ayarlama ve buluşma ve dokuma için doğru veriler sağlar,Ayrıca acil durumlarda acil durum tutum kontrol programını hızla tetikleyebilir (örneğin uzay gemisi ile uzay istasyonu arasındaki doklama arızası gibi), veya atmosferde tekrar giriş sırasında geri dönüş kapsülünün anormal duruşu), böylece astronotların güvenliğini sağlar.

Shenzhou uzay gemisini örnek alarak, geri dönüş kapsülü atmosfere geri girdiğinde yoğun aerodinamik ısınma ve pozisyon bozukluğu yaşayacak.Kızılötesi navigasyon ve paraşüt kontrol sistemleriyle işbirliği içinde çalışmak, geri dönüş kapsülünün konumunu ve tutumunu doğru bir şekilde hesaplar ve önceden belirlenmiş iniş noktasına güvenli bir şekilde inmesini sağlar.Minyatür bir MEMS inersyal navigasyon modülü astronotların araç dışı uzay takımlarına entegre edilmiştir., uzaylıların hareket tutumunu gerçek zamanlı olarak izler ve araç dışı aktiviteler için navigasyon referansı sağlar.

2.3 Uzay robotları ve yörüngedeki hizmetler için "Dikkatli navigatör"

Uzay yörüngesinde hizmet teknolojilerinin gelişmesiyle (uydu bakımı, uzay enkazının kaldırılması ve yörüngede montaj gibi),Uzay robotları (robot kolları ve otonom mobil robotlar) temel ekipman haline geldi, ve MEMS eylemsizlik navigasyonu onların "doğru çalışmasının" anahtarıdır. Robotların eklem hareketini ve pozisyon sapmasını gerçek zamanlı olarak algılayabilir,Robotik kolun uyduları doğru bir şekilde yakalamasını sağlamak, ekipmanın değiştirilmesini tamamlar veya mobil robotu uzay istasyonu kabininin dışında önceden belirlenmiş yol boyunca hareket ettirir.

Örneğin, Uluslararası Uzay İstasyonu'nun (ISS) robot kolu astronotları taşıdığında ve kargo taşıdığında,MEMS inersiyel navigasyon tarafından sağlanan yüksek hassaslıklı pozisyon verileri, santimetre düzeyinde işletim hatasını kontrol edebilir.Gelecekte, "uzay çekicileri" uzay enkazını temizlerken, enkazla doğru bir şekilde bağlantı kurmaları gerekir.ve MEMS inersiyel navigasyonun özerk navigasyon yeteneği, istikrarlı ve güvenilir bir doklama süreci sağlayabilir..

2.4 Derin Uzay Keşifleri için "Otonom Navigatör"

Ay ve Mars keşfi gibi derin uzay keşfi görevlerinde, yerüstü telemetri sinyalleri birkaç dakika hatta on dakika gecikme gösterir.Sonda gerçek zamanlı kontrolü imkansız hale getirir.Bu nedenle MEMS inersiyel navigasyonunun "otonom navigasyon" özelliği özellikle önemlidir.Çok kaynaklı bir füzyon navigasyon sistemi oluşturur., sondanın bağımsız olarak yol planlamasını, engellerden kaçınmasını ve hassas iniş yapmasını sağlar.

Örneğin, Chang'e-5 ay sondası ay yüzeyi örnekleme yaptığında, MEMS inersiyel navigasyon gerçek zamanlı olarak sondanın duruşunu ve konumunu izledi.Örnek alma robot kolunun hedef alanı doğru bir şekilde konumlandırdığını sağlamakMars aracı Mars yüzeyinde yolculuk yaparken, MEMS inersiyel navigasyon, arazi kamerası verileri ile birleştirildiğinde,Kum kumlarında sıkışmaktan veya kayalarla çarpışmaktan kaçınmak için seyahat yönünü ve hızını bağımsız olarak ayarlar.

3. Teknolojik Atılımlar ve Geleceğe Bakışlar "Kullanılabilir"den "Çok Etkili"ye

MEMS inersiyel navigasyonunun uzay alanında uygulanması iki temel teknolojik atılımdan ayrılmaz.hassasiyetin iyileştirilmesiYeni malzemeler (silikon bazlı mikrostrukturlar ve kuvars kristaller gibi) ve sinyal işleme algoritmaları (Kalman filtreleme ve sinir ağı telafi gibi) benimseyerek,MEMS jiroskoplarının yanılsama istikrarı 0 seviyesine ulaşmıştır..01°/h, geleneksel fiber optik inersiyal navigasyon sistemlerine yakın.Aşırı ortamlar için takviyeOptimize edilmiş ambalajlama teknolojisi ve radyasyon koruma tasarımı sayesinde, MEMS inersiyel navigasyon sert uzay radyasyonu ortamında uzun süre istikrarlı bir şekilde çalışabilir.10 yıldan fazla bir kullanım ömrü ile.

Gelecekte MEMS inersiyel navigasyonunun uzay alanındaki uygulaması üç yönde gelişecek.Minyatürleşme ve entegrasyon, navigasyon, iletişim ve enerji kaynağı gibi fonksiyonları tek bir çipte entegre ederek "çip üzerindeki uzay aracı" oluşturur.Çok kaynaklı füzyon navigasyonu, yıldız izleyicileri, atom saatleri, kuantum navigasyonu ve diğer teknolojilerle derinlemesine entegrasyon sağlayarak navigasyonun doğruluğunu ve güvenilirliğini daha da artırmak.Uzay genişlemesi, asteroit keşfi ve yıldızlararası navigasyon gibi daha uzak uzay görevlerine uygulanıyor ve evreni keşfetmek için insanların "taşınabilir navigasyon beyni" haline geliyor.

4Sonuç.

Uydu tutum kontrolünden insanlı uzay uçuşlarının güvenlik garantisine, derin uzay keşfi, özerk navigasyondan uzay robotunun hassas çalışmasına,MEMS inersiyel navigasyon, "miniatürleştirme" özellikleriyle uzay keşiflerinin navigasyon modunu yeniden şekillendiriyor.Teknolojinin sürekli gelişmesiyle,Bu "küçük navigasyon beyni" insanların daha uzak kozmik yolculuklarda bilinmeyenleri keşfetmeleri için sağlam bir navigasyon desteği sağlayacak., uzay keşfinin daha yüksek verimlilik, daha düşük maliyet ve daha fazla güvenliğin yeni bir çağına girmesine yardımcı olur.

- Hayır.