Tecnologías Fotónicas en Aplicaciones Espaciales

Tecnologías Fotónicas en Aplicaciones Espaciales: Selección y Criterios de Prueba de Aceptación

L.Peñate-Quesada , J. Barbero Gonzalez, E. Cordero Garrido & Demetrio Lopez Molina.
Alter Technology Group, Madrid, España.

ABSTRACTO – Las tecnologías fotónicas han cambiado el mundo de las comunicaciones en forma de fibra óptica, óptica integrada, componentes electroópticos y microficónica. Ofrecen algunas ventajas convincentes en comparación con sus contrapartes tradicionales de RF cuando se considera su uso en aplicaciones espaciales. Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de tecnologías fotónicas para aplicaciones espaciales en áreas de comunicaciones, detección y procesamiento de señales ha sido un tema importante durante varios años.
El uso de tecnologías fotónicas para aplicaciones espaciales ha aumentado el problema relacionado con la capacidad de los componentes optoelectrónicos y ópticos para soportar el entorno espacial, ya que todos los componentes ópticos y optoelectrónicos provienen de aplicaciones terrestres. Por lo tanto, el desarrollo de tecnologías fotónicas para aplicaciones espaciales ha hecho imprescindibles los criterios de selección y aceptación de todos los componentes optoelectrónicos y ópticos que son parte del sistema fotónico.
El documento presenta un resumen de la experiencia de Alter Technology en las pruebas mecánicas, térmicas, de radiación y de resistencia en varias tecnologías fotónicas. Además, el documento describe una evaluación relacionada con la fiabilidad de estas piezas para su uso en aplicaciones espaciales, junto con los requisitos críticos que deben considerarse para las pruebas ambientales asociadas.

Introducción

Los procedimientos de selección y evaluación de los componentes opto-electrónicos COTS para su uso en la aplicación espacial deben establecerse debido a que no existen componentes calificados y que no hay estándares disponibles que definan los procedimientos a aplicar para los dispositivos opto-electrónicos que se utilizarán en las calificaciones espaciales. . Los siguientes párrafos proponen un procedimiento genérico para los criterios de selección y de prueba de aceptación para dispositivos optoelectrónicos, y también incluye análisis relacionados con los Requisitos de rendimiento de las especificaciones y las Restricciones del entorno relacionadas con las aplicaciones espaciales.
También se presentan los resultados resumidos de una gran cantidad de piezas que han sido probadas por Alter Technology para demostrar el estado actual de las tecnologías más prometedoras. Finalmente, se presenta un ejemplo de caso relacionado con amplificadores ópticos.

Criterios de Selección y Aceptación de Pruebas

Flujo esquemático para la selección de piezas optoelectrónicas

1. Cuando los componentes COTS deben ser utilizados en aplicaciones espaciales porque los componentes calificados no están disponibles, la selección del componente correcto debe hacerse de tal manera que las técnicas de mitigación de riesgos se apliquen en el momento en que se cumplan los requisitos técnicos de la aplicación. .

Requisitos de Rendimiento de la Especificación

Requisitos electro-ópticos

El primer paso en el proceso de selección de partes es la definición exacta del rendimiento electroóptico requerido para la aplicación. Esto implica la clara identificación de:

• Parámetros clave
• Límites aceptables para el rango de variación de estos parámetros durante la misión, teniendo en cuenta:

1. Rango de temperatura de funcionamiento.
2. Condiciones ambientales (radiación).
3. Esperanza de vida prevista de la misión.

Los parámetros clave deben seleccionarse de tal forma que permitan un amplio margen de candidatos comerciales potenciales en el momento en que no se ponga en peligro el desempeño de la misión. Algunos aspectos requerirán la máxima flexibilidad posible. Para que esa flexibilidad sea posible, es necesario que el proceso de selección se inicie en los primeros pasos del diseño, para reducir al máximo las restricciones relacionadas con el diseño.

Requerimientos de calidad

Los requisitos de calidad están determinados por el tipo de misión y la aplicación; sin embargo, se recomienda encarecidamente aplicar los requisitos de calidad establecidos en ECSS-Q-60A. Estos requisitos de calidad deben seguirse en la mayor medida posible en términos de:

• Procurement policy
• Screening
• Package and assembly quality and testing.
• Acceptance test criteria

Reliability requirements.

La fiabilidad es una de las principales preocupaciones cuando se utilizan componentes comerciales en aplicaciones espaciales. Esta aseveración no significa que los componentes comerciales no sean lo suficientemente confiables para su aplicación en el espacio, pero su confiabilidad real debe ser verificada. Esta verificación se puede realizar mediante el análisis de los datos de fiabilidad proporcionados por el fabricante (si está disponible) o mediante pruebas, a fin de garantizar un mínimo de 10 años (valor típico) de funcionamiento en el entorno espacial.

Alter Technology Experience en piezas optoelectrónicas 

Alter Technology Group es una compañía con más de 20 años de experiencia en pruebas de piezas de EEE para el espacio. Además de esa experiencia, en los últimos años, ATGSP está haciendo un esfuerzo importante en el desarrollo de nuevas capacidades para validar nuevas tecnologías (es decir, optoelectrónica y MEMS) para aplicaciones espaciales y ampliar estas capacidades de prueba desde el nivel de pieza hasta el instrumento o sistema nivel.
Basado en lo anterior, el grupo Alter Technology brinda una gran experiencia en pruebas de piezas de optoelectrónica con capacidades específicas en mediciones de optoelectrónica, así como pruebas de análisis mecánico, térmico y de construcción.
Además, la experiencia de ATSP en la gestión de proyectos espaciales junto con el compromiso de la empresa con las actividades de investigación y desarrollo se refleja en la participación de la empresa en un gran número de proyectos como coordinador de otras investigaciones y / o desarrollos grupos.

Puede leer un estudio en el informe completo a continuación

Conclusiones y Recomendaciones

Muy pocos componentes ópticos están calificados para aplicaciones espaciales. Esto significa que COTS es necesario la mayoría de las veces. En este documento se ha presentado un enfoque rentable para los criterios de selección y aceptación de estos COTS.
– El análisis detallado de la construcción, resistencia, radiación y prueba ambiental realizada antes del flujo completo de calificación puede ser muy útil para aumentar la confiabilidad de los dispositivos y reducir tanto el precio de la selección como la calificación del proyecto. Se recomienda hacer esto antes de cualquier actividad de calificación del proyecto.
– Deben tenerse en cuenta las condiciones específicas de configuración de la prueba cuando se trabaja con piezas de fotónica para garantizar que el banco de pruebas sea adecuado para proporcionar características electroópticas, mientras que las piezas se someten a pruebas ambientales en condiciones de funcionamiento.
– Alter Technology Group tiene una gran experiencia en la adquisición de partes de EEE, así como pruebas exhaustivas en las tecnologías fotónicas más importantes para aplicaciones espaciales. Los datos de confiabilidad están disponibles para las partes principales para ayudar en la selección final del producto para la aplicación inteteada.