GaN/GaAs的一小步,太空网络的一大步!

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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?
 
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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%。
 
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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。
 
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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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