¿Cómo funciona exactamente el bus flotante de Curiosity y cómo continúa funcionando cuando el voltaje cae de 11 a solo 4 voltios?

La respuesta de @Hobbes llama la atención sobre el libro de Emily Lakdawalla The Design and Engineering of Curiosity: How the Mars Rover Performs Its Job, que me llevó a leer extractos en varias publicaciones de blog de Planetary Society, incluido Book Excerpt: The Design and Engineering of Curiosity: How the radioisotope power system funciona _ Esta sección me llamó la atención:

Pregunta: ¿Cómo funciona exactamente el bus flotante de Curiosity y cómo continúa funcionando cuando el voltaje cae de 11 a solo 4 voltios?

Aquí hay una respuesta general y genérica sobre las posibles formas en que podría funcionar un autobús flotante, con un diagrama de un convertidor eléctrico → ligero → eléctrico. ¿Es eso lo que está pasando en Curiosity? ¿Hay una "bombilla" de 100 W en alguna parte?

4.2.3 Anomalías

En el sol 456 (17 de noviembre de 2013), el rover experimentó un "corto suave" parcialmente conductivo en el MMRTG, aparentemente causado por una parte del circuito de energía eléctrica que tocó la carcasa de aluminio. (7) La nave espacial Cassini tenía MMRTG del mismo diseño, y experimentó cortos similares. Como resultado del corto, la diferencia de voltaje entre el bus de energía del rover y el chasis cambió (de 11 voltios a 4 voltios en ese sol en particular). El sistema de energía del rover es resistente a tales cambios de voltaje, ya que fue diseñado con un bus flotante. La misión detuvo la actividad durante 6 soles para investigar el problema, que había desaparecido espontáneamente en el sol 461.(8) Ocurrió nuevamente en los soles 816, 1084 y 1158, y ha estado ocurriendo con más frecuencia desde entonces. El cortocircuito suave es molesto porque detiene las operaciones, pero no amenaza la salud del rover.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Información cortesía de Steven Lee.

Tabla 4.1. Fechas y Efectos de Curiosity MMRTG Soft Shorts hasta sol 1582.

Esta oración me parece un poco falsa: "El corto suave es molesto porque detiene las operaciones, pero no amenaza la salud del rover". Si se acortó permanentemente, deteniendo las operaciones para siempre, la salud del rover sería algo irrelevante.
Hahah, un documento de evaluación de riesgos de Cassini de 2004 da la probabilidad de una falla "corta suave" como "insignificante, 6.3e-12 probabilidad de ocurrencia". trs.jpl.nasa.gov/bitstream/handle/2014/41231/…
@Hobbes, la respuesta relacionada ya está vinculada y discutida en mi pregunta, no es un duplicado, y "qué es un bus flotante" no responde ¿Cómo funciona exactamente el bus flotante de Curiosity y cómo continúa funcionando cuando cae el voltaje? 11 a solo 4 voltios?
@OrganicMarble Me imagino que la misión no se ve amenazada a menos que tenga dos cortos, de diferente potencial, en el chasis. Así que un corto representa una reducción en la redundancia, pero no es en sí mismo un peligro inmediato. Supongo que un solo cortocircuito activa un modo seguro, para que puedan investigar y asegurarse de que sea solo un solo cortocircuito, antes de continuar con las operaciones. Sin embargo, eso es solo mi suposición.

Respuestas (1)

El término "bus flotante" significa que la fuente de alimentación no está conectada al chasis del móvil.

Por ejemplo, en un coche, la carrocería se utiliza como parte del circuito eléctrico: el terminal negativo de la batería se conecta directamente a la carrocería. Esto significa que cada componente eléctrico necesita solo un cable largo al terminal positivo de la batería y un cable corto a la parte más cercana del cuerpo.

En algunos casos, los componentes eléctricos están diseñados con una carcasa de metal que actúa como conexión a tierra, por lo que no hay ningún cable a tierra.

Todo esto funciona bien, con una excepción: cuando un cable positivo entra en contacto con el cuerpo, se produce un cortocircuito que puede dañar el sistema eléctrico. Aunque la mayoría de los circuitos están protegidos por fusibles, hay al menos un circuito de alta corriente que no está protegido: el motor de arranque.

Si quisiera convertir su automóvil para usar circuitos flotantes, tendría que reemplazar todas estas conexiones a tierra con cables al terminal negativo. Y tendrías que aislar todos los componentes del chasis.

Como resultado, cuando un cable positivo o negativo entra en contacto con el chasis, no sucede nada.

No estoy convencido de que la respuesta aquí sea correcta. El circuito que se muestra allí es la forma correcta de conectar un circuito no flotante a un circuito flotante. Pero en el caso de Curiosity, todo el sistema eléctrico puede estar flotando, por lo que no necesita esta conversión . Sin embargo, no he encontrado una fuente que especifique esto.

De cualquier manera, el voltaje que midieron fue entre el bus de energía y el chasis. Esto indica que hay contacto entre el bus y el chasis.

El voltaje del bus de energía se mantuvo nominal, supongo, o lo habrían mencionado. Un cortocircuito entre los lados positivo y negativo del bus de energía habría sido un problema mucho mayor, ya que esto habría reducido la cantidad de energía disponible para hacer funcionar el rover.

El corto no amenazaba la misión:

"El vehículo es seguro y estable, totalmente capaz de operar en su condición actual, pero estamos tomando la precaución de investigar lo que puede ser un cortocircuito suave", dijo Jim Erickson, Gerente de Proyectos del Laboratorio de Ciencias de Marte en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. .

Un cortocircuito "suave" es una fuga a través de algo que es parcialmente conductor de electricidad, en lugar de un cortocircuito fuerte, como un cable eléctrico en contacto con otro.

Creo que el gráfico es un poco engañoso: muestra una señal de datos, pero en el caso de Curiosities estamos hablando del bus de alimentación, que es una cosa sustancialmente diferente, un optoacoplador no es realmente útil allí.
Los optoacopladores suelen utilizar fototransistores en lugar de fotodiodos.
Entonces, si la alimentación y la tierra son buses/cables separados, ¿por qué se produce un cortocircuito si la alimentación entra en contacto con el chasis? por ejemplo, "una parte del circuito de energía eléctrica que toca la carcasa de aluminio". ¿No es esa la razón exacta para hacer este autobús flotante en primer lugar?
¿Tal vez es solo un mecanismo de detección? si hay un corto->contacto donde no debería haber ningún->daño mecánico en alguna parte. El libro no es más específico que lo que uhoh citó en la pregunta, ni tampoco las otras fuentes que encontré.
He visto (o al menos he oído hablar de) conjuntos de motores y generadores que se utilizan para entregar energía en experimentos de voltaje de muslo (a través de un eje aislante) y también transferencia óptica de energía (la "bombilla de 100 W") e incluso aislamiento de vidrio hecho en casa. devanados secundarios en un transformador, pero en este caso tengo el presentimiento de que tiene razón y acaban de usar un transformador normal. Sin embargo, ¡sería genial descubrirlo eventualmente!
¿Los transformadores no funcionan solo con CA?
@OrganicMarble Sí y no. Una fuente de alimentación conmutada (como todos los cargadores móviles compactos actuales) también puede funcionar con CC. Produce la CA para el transformador internamente, a una frecuencia mucho más alta que la red y esto permite el diseño compacto.
¿Cómo funciona exactamente el bus flotante de Curiosity y cómo continúa funcionando cuando el voltaje cae de 11 a solo 4 voltios?
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