Die elektrische Prüfung der Satellitennutzlast ist aus unterschiedlichen Gründen von entscheidender Bedeutung. Erstens ist die Hardware äußerst kostspielig und muss daher sehr gründlich getestet werden. Zweitens wäre es extrem schwierig oder gar unmöglich, das ganze Produkt zur Überprüfung zurückzuholen, wenn das Trägersystem einmal gestartet ist.
Anwendung
Satelliten und deren Nutzlasten sind hochkomplexe Systeme, die aus Untersystemen verschiedenster Technologien bestehen. Die herkömmliche Vorgehensweise bei der Satellitenentwicklung folgt einem strikt linearen Ansatz. Alles wird vorab spezifiziert und entwickelt bis zum Prototypen, bis schließlich die für den Einsatz vorgesehenen Baugruppen produziert und verifiziert werden. Dieser lineare Ansatz ist offensichtlich sehr zeitaufwändig und eignet sich nicht für schnelle, kostengünstigere Entwicklungen, die einen agileren Ansatz erfordern.
Simulationen können hier zu wesentlichen Aufwandsverbesserungen hinsichtlich Kosten und Zeitführen. Unter Verwendung von COTS-Komponenten und Standardwerkzeugen kann lange vor der Verfügbarkeit flugtauglichen Equipments ein Subsystem-Simulator entwickelt und getestet werden – oft zu wesentlich niedrigeren Kosten. Das bringt dem Gesamtprojekt zwei wesentliche Vorteile: Die Designs werden weit vor der Hauptentwicklung entwickelt und verbessert. Das erlaubt eine sehr frühe Erkennung und Beseitigung inhärenter Designprobleme, sodass kostenträchtige Nacharbeiten an flugtauglichem Equipment vermieden werden.
Zur Prüfung der Systemintegration können im Vorfeld Schnittstellensimulatoren eingesetzt werden, um Probleme bei der Integration von Subsystemen frühzeitig zu identifizieren. Insbesondere umfangreiche Projekte, bei denen ein einziger Satellit die Zusammenarbeit von einem Dutzend verschiedener Unterlieferanten erfordert, profitieren von dieser Vorgehensweise. Im Gegensatz zu klassischer Hardware ist ein Simulator offen und flexibel und erweitert die Debugging-Möglichkeiten beträchtlich.
Lösung
In diesem Fall hat sich der Kunde entschieden, sich bei der Spezifizierung der Hardware für die Simulationsanforderungen nicht auf herkömmliche Tools und Strategien zu beschränken. Stattdessen hat man einen unvoreingenommenen Blick auf das geworfen, was möglich und verfügbar war. Das Ziel war, eine technisch optimale Lösung im Rahmen eines vorgegebenen Budgets zu finden.
Es wurde beschlossen, bei der Hardware hauptsächlich auf den PXI-Standard zu setzen, wobei Pickering Interfaces als einer der Hauptlieferanten ausgewählt wurde. Die Begründung für diese Entscheidung ergab sich aus einer Feststellung dieses Kunden: „Die Lösung passte zu unseren Anforderungen. Wir mussten unsere Anforderungen nicht an die Lösung anpassen.“ Letztendlich bot PXI die richtigen Produkte zum richtigen Preis.
Im Fall des thermischen Steuersystems, das wichtige Temperaturen innerhalb des Satelliten überwacht, ist ein High-Density PXI-Präzisionswiderstandsmodul zur Widerstandssimulation (Modell 40–297) ein zentrales Element. Sechs Module simulierten 36 weltraumtaugliche Thermistoren über ihren vollen Temperaturbereich von –80 ºC bis +55 °C. Diese PXI-Präzisionswiderstandmodule waren die einzige kommerziell verfügbare Lösung, die den gesamten, für die Simulation der Thermistoren erforderlichen Bereich abdecken konnten.
Zusätzlich zu den Präzisionswiderstandmodulen lieferte Pickering Interfaces auch PXI-Schaltmodule für Signal- und Leistungskanäle, potenzialfreie Spannungsversorgungs-Karten und MIL-STD-1553 Busanalyse-Module. Die Hauptaufgaben der Schaltmodule war, Schnittstellenpfade physikalisch zu trennen, Feedback-Kontakte von HF-Schaltern zu simulieren und Lastkanäle über mehrere Pfade zu verteilen. Einer der wesentlichen Vorteile der Module von Pickering Interfaces ist die Möglichkeit der vollständigen physikalische Trennung vom Prüfling .Dies ist eine Schlüsselanforderung, wenn das weltraumtaugliche Equipment mit den Karten verbunden wird. Ein Einzelfehler im Test-Equipment könnte einen Schaden von über 1,6 Mio. US-Dollar an der Weltraum-Hardware verursachen.
Die vorgestellte Lösung ist ein gutes Beispiel für die Anpassbarkeit der Produkte, die man nur im Unternehmen auf einem so niedrigen Kostenniveau findet.
SMT Hybrid Packaging, Stand 4A-141
Auszug aus dem Datenblatt des PXI-Präzisionswiderstandsmodul 40–297
Das PXI Modul 40–297 ist die einfache Lösung für Applikationen, die resistive Sensoren präzise simulieren müssen. Es ist
in verschiedensten Widerstandsbereichen und Auflösungen verfügbar, sodass die Anforderungen der meisten Funktionstestsysteme erfüllt werden. Es eignet sich besonders gut für Anwendungen wie das Testen von Motorsteuergeräten, wo resistive Sensoren Temperaturparameter o. ä. liefern.
Jeder Kanal des Moduls kann die Fehlerzustände „Kurzschluss“ und „Unterbrechung“ simulieren, die in Systemen durch fehlerhafte Verdrahtung oder defekte Sensoren verursacht werden.
Die Software-Steuerung wird durch Aufrufe von Widerstandswerten vereinfacht. Das Modul ermittelt die Einstellung, die dem geforderten Wert am nächsten kommt und nimmt dann diese Einstellung vor. Der Benutzer kann vom Modul dann die tatsächlich vorgenommene Widerstandseinstellung abfragen.
Das Modul kann mit einem externen DMM, angeschlossen
am Kalibrationsport, verifiziert werden. Dadurch wird der Aufwand zur Überprüfung des Moduls erheblich verringert.
Der Autor Bob Stasonis ist Vertriebs- und Marketing-Direktor bei Pickering Interfaces.
Foto: Pickering Interfaces
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