نمونه اولیه شهپاد Manta Ray محصول نورتروپ گرومن، همچنان در حال گذر از آزمایش‌های عملکرد هیدرودینامیکی در دریا از جمله عملیات غوطه‌وری و حالت های پیشرانه و فرمان مثل شناوری، پروانه‌ها و سطوح کنترلی است. این شهپاد با هدف توسعه یک کلاس جدید از UUVهای بقاء پذیر، دوربرد، با قابلیت حمل و آماده برای عملیات پایدار در محیط‌های دریایی پویا است. این نوع پروژه‌ها و سیستم‌ها بدلیل اینکه برای مدت طولانی بدون نیاز به پشتیبانی لجستیکی یا تعمیر و نگهداری کار می‌کنند، ضمن افزایش پتانسیل عملیات مداوم در محیط های مختلف، می‌توانند برای کشتی‌های میزبان، آزادی انعطاف‌پذیری عملیاتی بیشتری را فراهم کنند و نیاز به خدمه را هم کاهش دهند.


@Science_Prime

مطالعه و درک عملکرد و خواص سرامیک‌های دمای فوق‌العاده بالا [UHTC] برای کاربردهای محیطی شدید، مانند پلت‌فرم‌های هایپرسونیک، راکتورهای هسته‌ای و ورود مجدد به اتمسفر بسیار مهم است. UHTC ها مواد غیرآلی هستند که رسانایی فلزی را با دمای ذوب بالای 3000 درجه سانتیگراد نشان می‌دهند. یکی از این مواد، دی‌بورید تیتانیوم (TiB2) است که علاوه بر نقطه ذوب بالای 3220 درجه سانتی‌گراد، استحکام بالایی دارد که آن را به ماده‌ای مهم برای کاربرد در زره‌ها و پوشش‌های با دوام بالا و... تبدیل می‌کند.


@Science_Prime

در این آزمایش، شبیه‌سازی شرایطی که فضاپیماها در هنگام ورود مجدد کنترل‌نشده به جو در پایان عمر کاری خود با آن مواجه می‌شوند را می‌بینیم.

در اینجا سه ماده فلزی - آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ تیتانیوم و فولاد ضد زنگ - که اغلب در مراحل بالایی ماهواره و پرتابگر استفاده می‌شوند را در معرض جریان پلاسما نشان می‌دهد.

دستگاه پلاسماترون، با تولید پلاسمای درجه حرارت بسیار بالا در صنعت فضایی برای شبیه سازی عملکرد موتورهای موشکی، ورود فضاپیماها به جو فوقانی و پروازهای سوپر/هاپیرسونیک کاربرد دارد.


@Science_Prime

نمونۀ تراشه SRAM که در دهه‌های 70 و 80 میلادی توسط موتورولا تولید می‌شد. این تراشه یک نمونه تاریخی از فناوری حافظه‌های نیمه‌هادی اولیه است.

این تراشه با آرایش64x1 بیت بود. به عبارت دیگر، می‌توانست 64 بیت داده را در خود ذخیره کند. تکنولوژی ساخت بر پایه فناوری CMOS ساخته شده بود. در آن زمان، این تکنولوژی به دلیل مصرف توان بسیار پایین خود شناخته شده بود، به خصوص در حالت استاتیک (Standby) که حافظه داده‌های خود را بدون نیاز به رفرش مداوم نگه می‌دارد. این ویژگی آن را برای کاربردهای با توان مصرفی محدود، مانند ساعت‌های الکترونیکی یا ماشین‌حساب‌ها، مناسب می‌ساخت. این مورد و نمونه‌های مشابه آن، پایه‌های توسعه SRAMهای مدرن با ظرفیت‌ها و سرعت‌های فوق‌العاده بالا را بنا نهادند. SRAMهای امروزی در حافظه‌های کش (Cache) پردازنده‌ها و FPGAها استفاده می‌شوند و نقش حیاتی در افزایش کارایی سیستم‌های کامپیوتری دارند.

@Science_Prime

تصویر بخشی از مادربرد موشک کروز استورم شدو

در قسمت پایین تصویر، یک FPGA با لوگوی Altera می‌بینیم که استفاده از FPGA در اینجا تأکید بر نیاز به انعطاف‌پذیری در پردازش سیگنال دارد.

قطعه Aeroflex اصلی‌ترین و مهم‌ترین جزء تصویر است. این شرکت متخصص در ساخت قطعات نظامی، هوافضا است. این تراشه احتمالاً یک ASIC یا یک ماژول چندتراشه‌ای (Multichip Module) است که برای یک وظیفه بسیار خاص و حیاتی طراحی شده است. کد CT2578 نشان می‌دهد که این قطعه احتمالا مقاوم در برابر تابش (Rad-hard) است.

قطعه Micro-SPINE DILZ-7P که در بالای تراشه Aeroflex قرار دارد، احتمالاً یک میکروکنترلر یا یک تراشه کنترل تخصصی است.

تراشه با کد AMSM-G1042FKD در بالا سمت چپ با کدگذاری AMSM احتمالاً نشان‌دهنده یک حافظه مقاوم در برابر تشعشع است که توسط شرکت‌های خاص برای کاربردهای فضایی و نظامی تولید می‌شود.

استانداردهای نظامی و همچنین نوع بسته‌بندی و طراحی کلی برد نشان می‌دهد که این سیستم بر اساس استانداردهای سختگیرانه نظامی مانند MIL-STD-883 تولید شده که برای تضمین عملکرد صحیح قطعات در شرایط عملیاتی بسیار دشوار ضروری هستند.

@Science_Prime

بخش الکترونیک در یک سلاح هیدروژنی، وظیفه دارد تا یک فرآیند پیچیده و زمان‌بندی شده از فعال‌سازی اولیه تا انفجار نهایی را با دقت و اطمینان فوق‌العاده‌ای مدیریت کند. کل سیستم الکترونیک باید در برابر شرایط محیطی بسیار سخت مانند شوک مکانیکی، لرزش، دما و EMI و پدیده‌هایی مانند "Latch-up" و خطاهای نرم‌افزاری (Soft Errors) ناشی از تشعشعات مقاومت کند. برای دستیابی به فشردگی متقارن و یکنواخت مواد شکافت‌پذیر، چاشنی‌های انفجاری باید همگی با دقت زمانی در حد نانوثانیه منفجر شوند که نیازمند الکترونیک پیشرفته‌ایست که پالس‌های هم‌زمان به هر چاشنی ارسال کند.


@Science_Prime

خطوط میکرواستریپ (Microstrip Lines) یک نوع از خطوط انتقال (Transmission Lines) در فرکانس‌های بالا (RF و مایکروویو) هستند که برای هدایت سیگنال‌های الکترومغناطیسی با کمترین اتلاف و تداخل استفاده می‌شوند. این خطوط به طور گسترده در طراحی بردهای فرکانس بالا به کار می‌روند.

🔷ساختار و اجزا

یک خط میکرواستریپ از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

🔸خط سیگنال (Signal Trace): یک نوار باریک از جنس مس یا فلز رسانا که روی سطح بالایی زیرلایه (Substrate) قرار دارد. این نوار مسیر اصلی حرکت سیگنال است.
🔸زیرلایه دی‌الکتریک (Dielectric Substrate): یک ماده عایق (مانند FR-4، روگرز یا پلی‌تترافلوئورواتیلن) که بین خط سیگنال و صفحه زمین قرار دارد. ویژگی‌های دی‌الکتریک این ماده، مانند ثابت دی‌الکتریک (εr​) و ضخامت (h)، نقش حیاتی در تعیین خصوصیات الکتریکی خط دارند.
🔸صفحه زمین (Ground Plane): یک لایه مسی پیوسته که در زیر زیرلایه دی‌الکتریک قرار گرفته و به عنوان مرجع ولتاژ یا زمین عمل می‌کند.

🔷اصول کار و مشخصات فنی

عملکرد یک خط میکرواستریپ بر اساس انتشار امواج الکترومغناطیسی در یک محیط ترکیبی (بخش‌هایی از هوا و بخش‌هایی از زیرلایه) است. میدان الکتریکی بین خط سیگنال و صفحه زمین متمرکز می‌شود و میدان مغناطیسی در اطراف خط سیگنال ایجاد می‌گردد.

🔹امپدانس مشخصه (Z0​)

امپدانس مشخصه مهم‌ترین پارامتر یک خط انتقال است که رابطه بین ولتاژ و جریان موج را مشخص می‌کند. برای یک خط میکرواستریپ، امپدانس مشخصه به عوامل زیر بستگی دارد:

🔸عرض خط سیگنال (W): هرچه عرض خط بیشتر باشد، امپدانس کمتر می‌شود.

🔸ضخامت زیرلایه (h): با افزایش ضخامت زیرلایه، امپدانس افزایش می‌یابد.

🔸ثابت دی‌الکتریک زیرلایه (εr​): با افزایش ثابت دی‌الکتریک، امپدانس کاهش می‌یابد.

برای دستیابی به امپدانس استاندارد 50 اهم (که در اکثر سیستم‌های RF رایج است)، باید نسبت W/h با دقت محاسبه و طراحی شود. این محاسبات معمولا با استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی الکترومغناطیسی یا فرمول‌های تقریبی انجام می‌شود.

🔹سرعت انتشار و طول موج مؤثر

سرعت انتشار سیگنال در خطوط میکرواستریپ به ثابت دی‌الکتریک مؤثر (εeff​) وابسته است. از آنجایی که بخشی از میدان الکتریکی در هوا و بخشی در زیرلایه قرار دارد، εeff​ مقداری بین ۱ (ثابت دی‌الکتریک هوا) و εr​ (ثابت دی‌الکتریک زیرلایه) دارد.
سرعت انتشار (v) و طول موج (λ) در خط به صورت زیر محاسبه می‌شوند:

v=εeff​​c​

λ=fv​

که در آن، c سرعت نور و f فرکانس سیگنال است

🔷مزایا و معایب

🔹مزایا

🔸سادگی در ساخت: به راحتی روی بردهای PCB استاندارد قابل تولید است.

🔸قابلیت ادغام: امکان ساخت اجزای دیگر مانند فیلترها، کوپلرها و آنتن‌ها را مستقیما روی برد فراهم می‌کند.

🔸هزینه پایین: به نسبت سایر خطوط انتقال مانند کابل‌های کواکسیال یا موج‌برها، هزینه تولید کمتری دارد.

🔹معایب

🔸تابش (Radiation): بخشی از میدان الکترومغناطیسی در هوا منتشر می‌شود که می‌تواند منجر به تداخل (Crosstalk) با خطوط مجاور یا ایجاد اتلاف توان شود.

🔸پراکندگی فرکانسی (Dispersion): سرعت انتشار سیگنال با تغییر فرکانس، تغییر می‌کند که این پدیده در فرکانس‌های بسیار بالا می‌تواند مشکل‌ساز باشد.

🔸وابستگی به زیرلایه: عملکرد آن به شدت به خصوصیات زیرلایه و دقت ساخت وابسته است.

🔷کاربردها

خطوط میکرواستریپ در طیف وسیعی از دستگاه‌ها و سیستم‌های فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

🔸فیلترهای مایکروویو: برای حذف فرکانس‌های ناخواسته

🔸کوپلرهای جهتی (Directional Couplers): برای نمونه‌برداری از توان سیگنال

🔸تقسیم‌کننده‌ها و ترکیب‌کننده‌های توان (Power Dividers/Combiners): برای توزیع یا ترکیب سیگنال

🔸آنتن‌های پچ (Patch Antennas): یک نوع آنتن مسطح که مستقیما روی برد ساخته می‌شود.

🔸مدارهای نوسان‌ساز و تقویت‌کننده فرکانس بالا

@Science_Prime

کتاب "Spacecraft Dynamics and Control" اثر Marcel J. Sidi

این کتاب یکی از منابع مرجع و اصلی در زمینه دینامیک و کنترل فضاپیماها است که به صورت تخصصی و آکادمیک به این حوزه می‌پردازد. این کتاب برای دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری مهندسی هوافضا و کنترل، و همچنین مهندسین فعال در صنعت فضایی مناسب است.


@Science_Prime_Books