¿Existe algo así como un estándar para la temperatura máxima para la electrónica de misión crítica en las naves espaciales?

El rango de temperatura típico para los componentes electrónicos aptos para uso espacial es de -55 °C a +125 °C (en la caja). La nave espacial está diseñada para mantener los componentes dentro de su rango calificado, generalmente con un margen de 15C en cada lado, es decir, de -40C a +110C. Las baterías tienen un rango más pequeño, lo que requiere más control térmico para su ubicación, por ejemplo, -20C a +40C para Li-ion.

El hardware de los vuelos espaciales tiende a estar ampliamente diseñado. Entonces, verá documentos que hablan sobre el "plan de gestión térmica" que se diseña para temperaturas específicas en lugares específicos, luego planes de calidad para verificar esos cálculos y planes de prueba para confirmarlos aún más.

El SMC-S-016 "REQUISITOS DE PRUEBA PARA VEHÍCULOS DE LANZAMIENTO, ETAPA SUPERIOR Y ESPACIALES" del Comando Espacial de la Fuerza Aérea controla parte de esta actividad en el extremo de la prueba. Da una idea de lo que está involucrado:

3.22 Predicciones de temperatura máxima y mínima del modelo

Las predicciones de temperatura máxima y mínima del modelo son las temperaturas más cálidas y más frías pronosticadas a partir de modelos térmicos utilizando los efectos aplicables de las peores combinaciones de operación del equipo, calefacción interna, orientación del vehículo, radiación solar, condiciones de eclipse, calefacción ascendente, calefacción descendente y degradación de superficies térmicas durante la vida útil

3.23 Temperaturas Máximas y Mínimas Pronosticadas

Las temperaturas máximas y mínimas previstas (MPT) son las temperaturas más altas y más bajas que un elemento puede experimentar durante su vida útil, incluidos todos los modos operativos y de prueba. Los MPT se establecen agregando márgenes de incertidumbre térmica a las predicciones de temperatura máxima y mínima del modelo.

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4.4.2 Márgenes de incertidumbre térmica

A los efectos de la especificación del margen de incertidumbre térmica, el hardware de control térmico se clasifica como pasivo o activo. El hardware pasivo utiliza un margen de incertidumbre térmica, mientras que el hardware activo utiliza el exceso de energía como margen de incertidumbre térmica. En la Tabla 4.4-1 se identifican ejemplos de hardware de control térmico pasivo y activo para fines de margen de incertidumbre.

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6.2.4 Pruebas de desarrollo térmico

Para las unidades eléctricas y electrónicas críticas diseñadas para funcionar en un entorno de vacío inferior a 0,133 Pa (0,001 Torr), se puede realizar un mapeo térmico para condiciones límite conocidas en el entorno de vacío para verificar el análisis térmico de la unidad interna y proporcionar datos para cálculos matemáticos térmicos. correlación del modelo. Una vez correlacionado, el modelo térmico se utiliza para demostrar que no se superan los límites críticos de temperatura de las piezas, en consonancia con los requisitos de fiabilidad y rendimiento.

Cuando el empaque eléctrico y electrónico no se realice de acuerdo con técnicas conocidas y aceptadas relacionadas con el subsistema de interconexión, el montaje de las piezas, los tamaños y espesores de los tableros, el número de capas, los coeficientes térmicos de expansión o el método de instalación, se deben realizar pruebas de desarrollo. Las pruebas deben establecer la confianza en los procesos de diseño y fabricación. Es posible que se requieran pruebas de capacidad de transporte de calor para tubos de calor de conductancia constante y variable a nivel de unidad para demostrar el cumplimiento. Se deben considerar pruebas de conductancia térmica para verificar la conductividad a través de elementos tales como aisladores de vibración, aisladores térmicos, cableado y cualquier otra ruta de conducción de calor potencialmente significativa.

Las unidades de desarrollo de ingeniería (EDU) de los sistemas criogénicos se pueden probar en un entorno de vacío para la verificación temprana del rendimiento y los márgenes del sistema, y ​​la evaluación de fugas de calor parásitas. También se puede realizar una prueba de equilibrio térmico para demostrar el rendimiento del subsistema y el hardware de control térmico y recopilar datos para la correlación del modelo térmico.

Las pruebas que resultan de esto terminan siendo complejas, ya que intentan reproducir toda la secuencia de condiciones encontradas:

En resumen, no estoy al tanto de ningún "estándar". Hay algunas normas vagas, aunque dependerán del contexto.

Los dos fragmentos de contexto más importantes son:

Cómo estás definiendo la temperatura

Puede hacer referencia a la temperatura de una unión de semiconductores o el exterior de su caja, la placa en la que está montada, la placa base de la caja en la que se encuentra la placa de circuito o el panel del satélite. Cualquiera de estas son representaciones diferentes de la temperatura ambiente. Si el componente es disipativo, habrá una amplia variación de temperatura en esos diferentes casos. Como ejemplo puramente inventado, con una placa base en el rango de 40 a 60 °C, la unión de un transistor de potencia podría estar fácilmente en el rango de 110 a 130 °C. El límite para dicho componente en la hoja de datos del fabricante dependerá de la corriente que lo atraviese.

reducción de potencia

El viejo mundo de los satélites grandes y caros reduce la calificación de los componentes de por vida. Es decir, toma la potencia máxima que desea que opere el componente, busca la temperatura permitida según la hoja de datos y luego quita, digamos, diez o veinte grados (de nuevo un ejemplo inventado) para una vida útil de 10 años y algunos otros calcule un ciclo de trabajo bajo, si corresponde, y calcule su nuevo límite de temperatura máximo más bajo.

Este bit de reducción es un juego de probabilidad. No es lo mismo encontrar un límite de temperatura que sea a la vez necesario y suficiente. Simplemente obtiene más fallas a temperaturas más altas durante un período de tiempo. Sospecho que las convenciones que conducen a este tipo de reducción, a pesar de estar detalladas en todo tipo de Mil-HDBK, son probablemente tan arcanas que desafían una explicación exacta. ¡Quizás alguien más en este foro podría ayudar con eso!

También sospecho que tal vez haya un oleaje moderno que diga que esto es demasiado conservador, aunque esto se reduce en gran medida a su apetito por el riesgo (o al de su cliente). Sin embargo, creo que sería un tema muy interesante en lo que respecta a reducir el costo.

Los comentarios a la pregunta relacionada que mencionó sobre la certificación espacial también me parecieron relevantes, en particular las "empresas de New Space están un poco solas".