GaN/GaAs的一小步,太空網絡的一大步!
 2019年07月15日|瀏覽次數:59

目前在地球上的許多地方,我們已經能夠流暢使用無線網絡。但是當我們向從未有人到過的星球發送信號時,又會發生什么呢?

太空網絡是地球上的基站與無人太空探測器、行星探測車、軌道衛星或載人航天飛船之間的雙向通信。這些無線電信號傳回消息、圖像和科學發現。有朝一日它們會用于地球聚居地與月球或火星之間的通信。當然,這不只是打電話到火星這么簡單,外太空網絡與我們在地球上的體驗大不相同。信號以光速傳播,這意味著無線電信號可能需要 20 分鐘或更長的時間才能到達火星探測車,這就如同回到撥號式聯網。

除了極其緩慢的通信之外,太空網絡還面臨可靠性的挑戰。如果太空探測器在冥王星附近發生故障,科學家無法準確地命令其返回實驗室;或是當火星探測車在火星表面停止不動時,也無法打開后備箱并取出備用件。

因此,太空通信系統中的所有組件必須能夠承受高輻射水平、劇烈溫度波動,并具有長使用壽命。Space.com 的報告稱:即使是在最短的地球-火星往返行程中,宇航員接收到的輻射劑量也將近有 66 雷姆。這個量相當于每五六天接受一次全身 CT 掃描。

溫度也會影響可靠性。在地球大氣層外,陽光照射下的物體溫度可達 248 華氏度,而陰影下的物體溫度可達零下 148 華氏度。根據 NASA 數據,火星上的溫度變化范圍在 -284 至 86 華氏度之間。

對于火星探測車等系統來說,功效是另一個挑戰。在將數據或圖像傳回地球之前,探測車能多有效地充分利用電源?

深太空的嚴苛環境是砷化鎵(GaAs) 和氮化鎵 (GaN) 理想的用武之地。對太空探索以及最重要的回傳地球的通信所固有的挑戰性條件來說,這兩種化合物半導體技術必不可少。

GaAs 是一種化合物半導體,幾十年來一直是太空應用領域的實際標準。GaAs 放大器和開關穩固可靠,并且已經用于包括通信和導航衛星在內的多個太空平臺上。然而,新興標準是 GaN。GaN 解決方案可在更高溫度下可靠運行,壽命比傳統技術長 100 倍。GaN 還能在更小的封裝內提供更高的輸出功率和數據吞吐量,能耗降低高達 20%。

成百上千種基于 GaAs 和 GaN 的網絡解決方案已經在太空應用中推出。這些解決方案包括用于支持關鍵項目的軌道衛星,如用于寬帶數據、電信和 GPS 的 Boeing Spaceway。

NASA 也一直依靠網絡技術來傳送其發現。1997 年 NASA、歐洲航天局和意大利航天局在一項合作任務中向土星發射了卡西尼-惠更斯號太空飛船。卡西尼-惠更斯號探測器包含關鍵設備,旨在使其在土星衛星泰坦表面執行任務期間,與太空飛船進行通信。Qorvo 的砷化鎵 (GaAs) 技術是將研究結果發回地球的關鍵所在。


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