推動新太空任務:在成本與可靠性挑戰間的航行
在本次線上研討會中,Jeremy Ferrell(VPT 工程總監)與 Tom Freeman(Solsta 產品經理)一同討論 NewSpace 任務不斷演變的需求,以及 VPT 如何解決衛星電力系統中成本與可靠性的權衡。
Jeremy 說明了 VPT 的 VSC 系列 DC-DC 轉換器,設計用於低軌道任務及較短壽命週期,如何在性能與經濟實惠間取得平衡。你還將了解VPT簡化的ES+篩檢,這是一種量身打造的方法,能縮短測試時間與成本,同時維持高可靠性。
本場次實務探討在太空環境中尋找合適零件的挑戰、依賴汽車級零件的缺點,以及VPT如何在緊迫時程與不斷演變的任務需求下,應對資格認證與風險。
影片逐字稿
推動新太空任務:在成本與可靠性挑戰間的航行
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簡介(點擊看影片逐字稿)
湯姆·弗里曼:
您好,歡迎來到今天的線上研討會《推動新太空任務:駕馭成本與可靠性挑戰》。我是Tom Freeman,Solsta的產品經理,Solsta是VPT在英國的經銷商,這次線上研討會的嘉賓是VPT的Jeremy Ferrell。
傑瑞米·法瑞爾:
是的,謝謝湯姆。感謝邀請我們,也感謝大家的參與。我叫Jeremy Ferrell,是VPT的工程總監。我在VPT已經工作大約22年了。在這段期間,我開發過、設計或負責許多新產品的開發。
軍事、航太,以及多種不同的太空應用,從地球同步深空任務到低地球軌道(LEO)任務。這也是我們今天要稍微談談的,是 VPT 所推出的一些新產品。
湯姆·弗里曼:
非常感謝。因此,VPT 是業界領先的太空級直流-直流轉換器製造商,擁有超過 30 年的飛行系統經驗。有關您所在國家的聯絡人詳情,請參閱VPT網站的聯絡區。你會發現一個由技術精通的廣泛經銷商組成的網絡,能在全球30多個國家提供支援。
在歐洲各地的VPT經銷商中,我們在盧森堡、荷蘭和比利時有AVE Added Value Electronics;瑞典、丹麥、挪威及芬蘭的 Expando AB;烏克蘭的Incomtech;法國與義大利的《Milexia》;瑞士、奧地利及德國的PROTEC;波蘭的Semicon;愛爾蘭及英國的索爾斯塔;以及葡萄牙和西班牙的 Venco Electronics。
如果您有任何問題,請在節目結束時的問答環節前再提問,或透過螢幕上的「提問」欄提交,我們會在最後盡可能多地回答。
變遷的太空景觀
首先:太空景觀的變化。距離1957年第一顆人造衛星發射,已經將近70年,而我們也剛過了千禧年交替之際,首顆商業衛星Intelsat I的60週年紀念。當時大約有750顆活躍衛星在軌道上。
2010年,數量剛超過一千,十年內增加了30%。2020年約有3,400顆衛星,十年內增加了340%。到了2024年,我們已經有超過10,000顆活躍衛星,到本世紀末,活躍衛星系統可能超過40,000顆。
問題不只是衛星數量增加,衛星數量的增長速度也在增加。衛星與太空系統的巨大成長以低軌道衛星系統為主,約佔所有現役衛星的93%。
對此近地軌道環境的更深入理解,以及對高產量、低成本及短壽命任務的商業壓力增加,促使系統在組件層級重新評估所需條件,形成一種成本效益最佳化的新型衛星設計方法,通常歸類於 NewSpace 類別。
Jeremy,為什麼我們要聽VPT關於NewSpace的看法?
傑瑞米·法瑞爾:
這是個很好的問題。VPT 已經營運約 30 年。我們擁有廣泛的產品線,其中很多是太空領域。我們傳統上,大部分太空市場都是厚膜混合型,這段期間我們完成了數千次非常成功的任務。
在 VPT,我們專注於高可靠性。那是我們的市場。我們不生產汽車或手機的超大量零件。我們只關注高可靠性市場。我們擁有豐富的歷史、測試知識,以及在這些不同領域都有豐富的製造知識。
我們同時也是一家名為HEICO的大公司子公司,這讓我們能夠投資並收購其他公司,其中一家我們今天要談的是VPT Rad,這是一家輻射檢測公司。
我們今天要談的這款新產品線,針對低軌軌道或較短任務應用,其實只是我們現有產品線的延伸。我們正努力以較低成本來實現。
ES+ 班與 K 班篩查
湯姆·弗里曼:
傳統的太空動力系統是輻射硬、密封、厚膜混合體。為什麼這些不適合 NewSpace 應用?VPT 如何應對這個改變中的 NewSpace 市場?
傑瑞米·法瑞爾:
我們做的其中一件事是,我們檢視了篩選。通常當你想到我們混合動力車的太空應用時,你會想到K級篩選、太空層篩選,光是我們購買的元件就已經相當全面了。
平均來說,我們看到用於製造零件的零件有38週的交貨期,因為這些零件經過篩選。這些零件因為漫長的交期和篩選,價格非常昂貴,導致我們開發和零件交付給客戶的時間造成很多延誤。
我們也會在整體燒屏層級進行大量測試。如果你看拉線鍵測試的數量,每一根線都必須被拉扯。
我們會做溫度循環、恆定加速、PIND測試。我們會進行320小時的燒烤,並進行密封性、放射攝影以及整個過程中所有的視覺檢查。
這些步驟不僅增加成本,也增加時間。我們看到的情況,不僅是這些近地軌道或新太空應用,不僅成本問題,設計與開發時間也遠比深空應用短得多。所以我們必須降低成本,也必須縮短交貨時間。
我們想出了另一種篩選方法,稱為ES+。我們仔細檢視了哪些地方出現故障,以及我們能做什麼、能排除什麼,以最短的交期和最低成本,為客戶提供高可靠性的元件。
因此我們減少了檢測量。我們仍然有做溫度循環,也還是賣高可靠性零件。我們會做溫度循環、燒錄,只是時間比較短。我們仍然會在整個時間內進行目視檢查,這些累積起來能降低成本和縮短交貨時間,但這仍然沒有給客戶商業零件;它仍然給他們一個高可靠性且有篩網的零件。
VSC 產品線簡介
湯姆·弗里曼:
所以,VSC 並非密封產品——這對低軌任務來說難道不重要嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
我們不這麼認為。密封混合體是一項很棒的技術。我們已經使用了很多很多年了。它有豐富的歷史,非常適合許多許多應用。很貴。
舉例來說,如果我們用這個套裝,光是這個組合成本就可能佔我們BoM成本的50%。這就是我們的解決方案:VSC 產品線。它比較像我們所謂的COTS,也就是商用現成產品。
我們使用了多年來一直在辨識這些零件的塑膠零件。接著我們會篩選這些元件;每個進入 VSC 的元件都會被篩選。
我們尋找輻射轉移。不是每個零件,而是每個批次的樣本都會檢測輻射。整體轉換器測試最高可達42 MeV/mg/cm2,我們以30 MeV/mg/cm為特徵2用於單事件效應(SEE)測試。
我們測試總劑量為40千拉德(krads),然後保證30克拉達以留出一些餘裕。我們也會做ELDRS(增強低劑量劑量敏感度)檢測。所有東西在裝進去前都會經過測試,然後我們也會全面篩選。
所以你說得對,這不是密封部分。它是環氧樹脂型的包裝;這是一個非常堅固的結構,設計用來承受發射時可能遇到的高強度衝擊和震動。而且它仍然提供寬廣的溫度範圍,雖然沒有密封混合型那麼寬,但確實有一些優點,比如雙面散熱。
如果設計成完全封閉的結構,客戶可以把散熱片放在頂部,也可以放在底部。它提供了大量的系統層級設計。
這種包裝也經過低逸氣測試,如果某些應用需要這麼做的話。它釋放氣體很低,不會對任何光學元件造成問題,但仍能提供非常寬廣的溫度範圍。它提供了廣泛的輸入電壓範圍。我們仍然提供 500 伏特隔離,且仍有固定頻率零件。
這個設計使用較低的成本,但仍使用我們多年來使用的許多拓撲結構;它仍然沿用我們多年來開發且非常成功的設計技術和電路。
湯姆·弗里曼:
篩選層級,也就是更適合 NewSpace 的 ES,是否足以應對這個成本挑戰?
傑瑞米·法瑞爾:
這是達成它的一部分。低成本的另一個面向是使用較低成本的元件。我們降低了BoM成本,也降低了篩選成本,並且持續確保在可靠性與成本之間達到最佳平衡點。
這對很多人來說是一個全新的市場。有許多新公司進入這個市場。啟動成本似乎每年都在越來越便宜。隨著零件數量增加,價格也會持續降低。新客戶進入這個市場比以往任何時候都容易得多。
傳統上,只有非常大的公司有足夠的資金來啟動,才能進入這個領域。現在我們看到很多小型公司。這也帶來了許多我們很久沒見到的新動態,因為市場層面多元。
現在每家公司對可靠性與成本的看法都有不同差異。在VPT,我們一直在調整並盡可能靈活,確保滿足所有客戶的需求。
VSC 產品供應:電壓、功率與輸出配置
湯姆·弗里曼:
那麼,VPT有什麼?什麼是 VSC?範圍裡有什麼?
傑瑞米·法瑞爾:
對於能看到投影片的朋友們,這有點像視力表,但它提供了我們今天釋出的元件的大致概覽。我們持續尋求擴大這個市場和產品線。
但我們現在的獨立線路分別是5瓦(W)、15W、30W和100W。當我們說 VSC5 時,指的是輸出功率。
它名義上是 28 伏特(V)輸入匯流排,所以「28」這個詞就是從那裡來的。接著我們有許多不同的輸出電壓。所以 3.3V、5V、12V、15V 是我們的標準輸出電壓,這些電壓有單輸出和雙輸出兩種。
我們也有第一台負載點(PoL)轉換器。
湯姆·弗里曼:
那會是你這系列中的第一台 PoL 轉換器,不是你第一台 PoL 轉換器?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,謝謝。
我們確實有很多太空應用和非太空應用的 PoL。這是我們 VSC 產品線中的第一款,隨著客戶需求增加,我們計劃擴展,但輸出功率最高可達 50W。
它有寬廣的輸入範圍,最高可達 13.2V,且設計為 12V 或 5V 輸入,輸出可調,以滿足像 FPGA 這類數位且成本較低的需求。你可以有一個零件給核心,另一個小零件用來做輸入輸出之類的。
我們也提供電磁干擾(EMI)濾波器。它和我們的轉換器採用相同的包裝,仍設計為低逸氣,但結構更堅固。我們用電流額定值來規範這些。我們說 VSCF1,那是針對 1 安培(A)。我們提供1A、3A、10A和20A濾波器。
這些等級是為了滿足特定數量的轉換器而選,並在其數據表中標示。它們設計並保證符合 MIL-STD-461 的傳導排放標準。你可以看到這裡只是我們採集的一個 MIL-STD-461 測量範例。
我們所有的過濾器都是被動式的,所以我們不用擔心過濾器的輻射硬化問題,但它們採用了獨特的包裝來釋放釋放氣體,沒錯,同樣是低氣體釋放的環氧樹脂。
湯姆·弗里曼:
它們在整個系列中也相容,對嗎?如果我想要一個5W和一個30W的轉換器,並且把它們放在一起,沒問題。
傑瑞米·法瑞爾:
是的,你只要確保自己仍然符合目前的要求。
為什麼選擇VSC而非COTS(商業用零件)或汽車零件?
湯姆·弗里曼:
所以,你降低成本固然很好,但我為什麼不能直接用商用零件或汽車零件呢?原則上,我可以去做篩檢。
傑瑞米·法瑞爾:
汽車零件有很多測試。汽車篩檢的費用真的讓人驚訝。這是大量的測試,但很多是環境測試,且不包含輻射。
他們有很多壽命測試、溫度測試,這很棒。以你能得到的效果來說,這真的很不錯,尤其是以這個價格來說。但當你離開大氣層後,問題是輻射。這是我們在發射任何太空物資時一直面臨的最大挑戰,無論是用於低地球軌道(LEO)還是地球同步赤道軌道(GEO)深空,這些都與輻射測試有關,而這也是我們豐富的經驗所在。
這是我們多年來所做的,也是我們持續的做法。
VTS 輻射檢測
這是我們為所有產品提供的輻射測試報告範例,或是部分輻射測試報告的摘錄。
你看到的只是 SEE 測試的範例,以及瞬態可能的樣貌,以及瞬態發生的次數——當你用許多不同的離子撞擊時,出現較大或更小的瞬態的機率是多少?
我們也會對電容負載或非電容負載進行表徵。如果你看我們的資料表,我們有最大電容負載。所以我們會測試有這個和沒有這個的單一事件瞬態。所以如果你因為某些原因需要減少瞬變,可以看看有沒有電容器的狀況。
我們每年都會做一次整體轉換器的測試。所以我們每年做一次總劑量測試,並每年做一次SEE檢測,確保沒有任何變化。但我們放入的元件也會逐批測試。
我們會從每批放入的成分中取樣,然後查看總劑量。我們將測試最高 40 krad(Si),涵蓋整體轉換器及各元件。
我們在設計點做 ELDRS 測試,做大量 ELDRS 測試,並尋找任何變動。我們之前說過,我們描述的 30 MeV/mg/cm2;我們檢測最高可達42 MeV/mg/cm2任何形式的附著或破壞性事件。
輻射測試報告同樣適用於我們所有零件,包括VSC線路。
湯姆·弗里曼:
如果我沒理解錯,是篩檢和放射治療一起做的;正是這兩點的結合,才造就了差異。即使是航太級零件,經過非常相似的篩選過程,為什麼我不能用那個——是因為輻射,對嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。航空航太會有很多測試,但我們說的是機械、壽命、溫度測試,不是輻射。
這也是差別所在,無論你使用的是非輻射硬化的材料,都需要我們多年來進行大量測試來開發。我們非常幸運有自己的輻射檢測公司VPT Rad,專門做這件事。
所以,我們可以把零件送給他們,他們內部有完整的測試系統;我們可以寄零件給他們,他們可以測試,我們幾乎能立刻看到任何性能變化,無需等待。
SEE檢測——任何必須預約SEE檢測的人都知道這需要非常多時間。我們有這麼多抗輻射、耐輻射的零件,幾乎每個月都會去測試零件。
所以,我們和一個SEE考試機構關係非常好。我們的輻射測試廠有自己的輻射源,我們廣泛使用,以確保成分正確,且在整個生命週期中不會有變動。
湯姆·弗里曼:
因此,我們已經排除了商用、汽車及航空航太級的零件。但如果我想設計自己的電力系統,也就是自己的直流直流電,流程是什麼?你經歷過哪些困難和挑戰?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,我們經歷了很多困難,重點是找到你能得到的零件。我的意思是,如果你去開發一個帶有輻射硬化積體電路(IC)的零件,那你就不用太擔心這件事。
問題是你永遠無法達成成本目標。成本會差兩個數量級,而且你還是得測試整體零件,看看瞬態到底是什麼。所以我們花了好幾年時間開發這個。
我認為我們是比較早採用這個 NewSpace 市場的,並且真的在尋找一套能運作的主動元件。有很多部分並不合適。其實有更多部分沒用,但沒用的還多;我們花了好幾年時間建立那份適合我們的活性成分清單。
湯姆·弗里曼:
我們已經說明過輻射測試的運作方式,你也解釋說這些幾乎都是透過 VPT Rad 內部完成,但整個轉換器又是怎麼樣的呢?
你不能只是測試元件然後寄希望於成功。整個DC-DC在輻射測試中是如何運作的?
傑瑞米·法瑞爾:
我們每年去一次,會檢視總劑量測試和SEE測試,並將數據與先前的測試結果做比較,確保我們符合標準,沒有大幅度的變動。我們有時會看到一些東西,並根據需要調整。
ES+ 篩選方法如何縮短時間與成本
湯姆·弗里曼:
你提到 K 級對 NewSpace 來說根本不划算。你是怎麼判斷的?你是怎麼判斷這個 ES 是否合適?
傑瑞米·法瑞爾:
我們知道,考慮到當時的成本目標,K類篩檢是不可行的。我們必須將成本轉嫁給客戶。所以我們設計了 ES+ 篩選,但我們想確保他們有可靠的零件。
我們希望以價格提供最可靠的零件給客戶。你看到的只是我們自動化測試系統的測試報告範例,細節不代表每個數字,但我們有一套自動測試系統,會檢查我們銷售的每個零件。
我們會在三個溫度下測試,逐行檢視資料表並執行測試,然後查看結果,確保溫度在整個溫度範圍內的範圍內,然後儲存所有資料,存入資料庫,並進行分析,確保不會隨時間出現任何變化, 這樣我們才能在問題還沒變成問題之前發現它。
我們也會在整個流程中進行大量的視覺篩選,涵蓋子組裝層級、元件層級,以及整體轉換器層級。我們還是會做燒機,所以會讓零件在最高溫度下運行96小時。
我們尋找任何能篩除零件的嬰兒死亡率類型。K級320小時——實在太長了。這一切都會增加零件的成本和交貨時間。我們選擇96,是為了讓客戶有足夠的可靠度,同時降低成本。
我們仍會進行溫度循環、內部視覺測試、三次溫度測試、燒錄測試以及整體視覺測試,以確保它仍符合資料表中的所有要求。我們也隨時願意傾聽客戶的需求,並視需要調整。VPT一直是個充滿活力的公司,願意根據需要調整。
湯姆·弗里曼:
你之前提到你描述輻射性能為30 Krad、30 MeV。你是怎麼得到那些數字的?這句話從何而來?為什麼適合 NewSpace?
傑瑞米·法瑞爾:
最重要的是回應顧客的需求。我們想確保開發的零件是客戶會買的。一開始,我們做了很多元件篩選和元件測試,看看我們的能力。
接著我們盡可能多地與客戶互動,了解他們的需求,確保零件價格合理而非測試。所以最終,還是由系統工程師自己決定,針對那家公司,他們所處的可靠性或成本與可靠性的曲線。
這裡有一個高能量粒子撞擊成分機率的例子。我們看到大約30 MeV的電壓下降。在設計週期初期,我們需要稍微高於這個標準,才能讓它擁有最可靠的部分,也就是它在整個任務中存活的機率最高。
湯姆·弗里曼:
所以你有30 MeV,但你是在42 MeV測試,對嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。
湯姆·弗里曼:
根據資料表,這保證了零件在30 MeV時的性能,但42 MeV時不會失效,是無損的,但可能會超出規格,對嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
我們看到可能會有一些較大的瞬變;隨著能量增加,瞬態會逐漸增加,但我們最想做的是確保它不會失效。沒有緊扣,沒有破壞性的事件。
這也是測試較高而非角色塑造的原因。大多數客戶都想看到零件在30 MeV以下的性能,因為他們更有可能看到這個能量。
湯姆·弗里曼:
當然,作為電力系統,如果它失效,整個系統都會跟著一起走,對吧?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,我們的壓力稍微高一點,如果我們是第一個失敗的,衛星就無法運作。所以這總是個挑戰。
太空應用附加產品線:SVR、SVL、SV 等
湯姆·弗里曼:
好。那麼,VSC在哪些地方不適合呢?我們已經說明了你為什麼選擇它、為什麼選擇這些規格,以及為什麼它適合 NewSpace 的應用。聽起來很棒,但哪裡會不行呢?
傑瑞米·法瑞爾:
每個任務在可靠性與成本曲線上都會有不同的位置。VSC 屬於成本較低的部分,但 VPT——我們已經開發零件很多年了。我們有大量成功任務,針對高階篩選零件。
我們對VSC來說,主要集中在大約五年一次的任務上。但如果你想要10到15年的任務,總輻射量可能會偏低。
如果你的載人任務會朝向更高的可靠性發展,成本也不會那麼重要,你很可能會傾向轉向我們的密封混合動力零件。
VPT擁有廣泛的產品線,這是另一項新增內容,我們認為它將非常適合類似NewSpace的市場,這些市場需要較短的任務、更高的產量、較低的成本和較短的開發週期。
但如果你不在找這些,我們也有其他產品。我們的SVR產品線,是我們最高的輻射等級,也是最高的篩選等級,是100 Krad的零件,是85 MeV的零件。這是針對你10到15年任務的範圍。
所以這個計畫是圍繞航太巡迴設計,用於降級、元件篩檢等。
我們有SVL系列,容量是60克拉德,85 MeV。這些較高層次的螢幕零件都是密封混合體或密封型。然後是SV系列,所以是60克拉德,44 MeV。
它提供相當多元的可用產品。同時,還有成本。篩檢等級越高,輻射越高,我們的BoM成本會上升,篩檢成本也會上升,零件成本也越高。
所以我們的目標是擁有廣泛的產品線,確保每個應用都能提供相應的零件。
湯姆·弗里曼:
但適合各種應用。這說得通。所以,非常感謝你;我記得你下週要去展覽,對嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。我們下週會在阿姆斯特丹的 Small Sat 演出。我們會在 #212 號攤位。歡迎今天透過提問箱提出任何問題,但如果沒有,且你會出席演出,請親自來問。我們很樂意與您交談,並回答您任何額外問題。
湯姆·弗里曼:
那你今年晚些時候會參加RADECS和太空科技博覽會?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,VPT會有人在那裡。我不相信那會是我,但總會有人在那裡。所以是的,九月,我們有九月底、十月初是RADECS,十一月是太空科技博覽會。
我們會同時到現場,並且會有人隨時回答任何問題,或者如果你需要幫助判斷應用所需的產品等級,我們都很樂意協助。所以請隨時聯絡我們,告訴我們。
總結與問答
湯姆·弗里曼:
非常感謝。現在我們有幾張額外的投影片,已經包含在簡報中供下載使用。我們現在不打算直接逐一介紹,但想讓你看看其中的一些。我覺得這些建議可能會有幫助,希望真的有幫助。
非常感謝大家。提醒觀眾,你們仍可使用提問箱提交問題,現在我們將開放問答環節。請給我一點時間,抱歉,我得重新登入我的電腦。
好,我們的第一個問題是:什麼樣的 NewSpace 任務適合 VSC 系列?
傑瑞米·法瑞爾:
我們現在專注於無人應用,這些應用大約有五年的生命週期。仍有許多軍事行動,即使屬於LEO應用,他們仍更關注零件的可靠性。所以每個系統都會有些不同。
VSC目標是在提供輻射保證和篩檢的同時,提供最低的成本。如果成本不是重點,可靠性是重點,你可能會想選擇我們較高階的螢幕零件,以確保有足夠的利潤空間。
所以這真的取決於任務是什麼、系統需求,我們也很樂意協助。如果你有任何問題,請隨時聯繫我們,我們可以協助你。
湯姆·弗里曼:
所以短時間,LEO ComSats,很棒;GEO?也許不會。
傑瑞米·法瑞爾:
也許不是。是的。
湯姆·弗里曼:
好,還有一個問題:你能列出一些著名的程式和車輛,這些 VPT 零件曾經被用在上面嗎?另外,你能分享一下你最近騎的是什麼類型的自行車嗎?我覺得這個人很了解你。
傑瑞米·法瑞爾:
說到著名的任務,哇,我們參與過成千上萬次任務。我相信我們已經去過所有行星,包括冥王星和小行星,所以有很多不同的任務。我不確定能不能單獨挑出某一對情侶,但有很多不同的任務,有很多歷史。
湯姆·弗里曼:
你以前在網站上有一個飛行遺產頁面。我不確定這是否延續到新版,但也許他們可以去看看。
傑瑞米·法瑞爾:
是的,是的,這真的是個很好的觀點。我記得網站上確實有一區介紹我們一些較大的客戶和飛行傳承。說得好。那下一個問題。我暫時會跳過自行車那邊。我們之後可能會再回來談這個話題。
湯姆·弗里曼:
我可以知道隨機振動在 gRMS(均方根加速度)中的測試水平是什麼嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,我們可以提供這些服務。我目前還沒想出 VSC 的具體名稱。混合動力車和VSC的等級不同,但我們絕對可以幫你搞定所有這些。
湯姆·弗里曼:
好,我們稍後會直接回頭補充更多資訊。下一個問題:這些零件是有成型還是有蓋子並填滿?
傑瑞米·法瑞爾:
它是環氧樹脂模具,所以不是填充的結構。這是一種非常剛性的環氧樹脂,設計用來承受衝擊和震動的結構。
湯姆·弗里曼:
你如何定義ES+這個元件所需的最低篩選條件?ES+ 與 K 的可靠性如何?
傑瑞米·法瑞爾:
喔,這真不錯。我們想出 ES+ 的過程,其實是要找出流程的每一步,以及它的位置。首先,K 級是混合規格。
有些東西因為明顯的原因根本不適用,但如果你只從環境篩選來看——溫度、振動等——我們嘗試找出哪些故障,是否能將每個故障與成本連結起來,以及如何將節省的費用轉嫁給客戶。
所以我們覺得 ES+ 算是一種折衷方案。我們仍然提供燒錄、溫度循環,但以較低的速率進行,試圖縮短交貨時間並降低成本。
至於可靠性,篩網越多,任何故障都會被篩掉。所以 K 級的可靠性比 ES+ 高,但我們試圖在成本與可靠性之間取得平衡。如果你覺得我們沒做到,請告訴我們,因為我們想確保把最棒的部分傳達給客戶。
湯姆·弗里曼:
我相信你在ES零件上也有飛行傳承,這是歷史上隨時間推移的。這不是你冷冰冰接觸過的東西,而是你見過有效的方法。
傑瑞米·法瑞爾:
是的。
湯姆·弗里曼:
問題:從電氣角度來看,ES+ 和合格太空版本有什麼差別嗎?我覺得這樣有點混淆了兩個問題。
傑瑞米·法瑞爾:
是的,所以我們不會選擇一個輻射硬化元件來放進去。為了確保非常清楚,這不是輻射硬化的元件。所以是的,確實會有差異,我們必須圍繞著我們使用的單一元件設計出的電氣差異。
至於整體轉換器作為一個元件,當我們談到調節點、瞬態等方面,它的電氣性能會與我們的輻射硬化線相似,兩者會相似。
混合型在很多公差上會比較嚴格,主要是因為它的結構設計。但從整體轉換器的角度來看,兩者相當相似。
湯姆·弗里曼:
您是否考慮在批次篩選中,進行 SEE 與總電離劑量(TID)的輻射測試,以確保鑄造過程中的潛在修改不會影響資格審查時觀察到的輻射耐受性?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,這就是為什麼我們在組件層級測試總劑量,是為了尋找那些鑄造廠的變化。這是一個非常好的觀點,也是我們必須面對的好問題。如果有人自己開發這個零件,如果鑄造廠改變,輻射效能也會改變。
這也是為什麼我們要做元件層級篩選。我們每批放入的元件都會檢視樣品,確保零件不會移動,這也是為什麼我們每年都會對整個轉換器進行篩檢,確保沒有移動。
湯姆·弗里曼:
針對同一問題補充:你認為對於 COTS來說,因為鑄造過程無法追蹤,批次間的修改是必要的嗎?這種篩選有必要嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
這有點回到我們考慮可靠性與成本的考量,最終就是這個問題。我們想知道鑄造廠改變了嗎?是的,我們會。如果製造商發布變更通知,且我們知道這件事,那麼我們確實會進行額外測試以確保無誤。
但很多時候,COTS 元件沒有這些資訊,這就是為什麼我們必須盡可能多努力,確保能將這些風險降到最低並降低。
湯姆·弗里曼:
你能談談這些裝置的預期可靠性嗎?例如,這些裝置的預期壽命是多少?你是怎麼判斷96小時的燒機時間足夠消除嬰兒死亡率的?你有測試過這些零件以確定活化能量嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
哇,問題真多。
湯姆·弗里曼:
我們要先選第一個嗎?我們來稍微分開一點。裝置的可靠性:這個零件的預期可靠性是多少?我們能為此辯解嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,所以我們會做完整的 MIL-HDBK-217 計算,並查看故障前的平均時間(MTBF)。我們會進行廣泛的壽命測試,並在認證過程中進行資格測試,試圖判斷可靠性的持續時間。
湯姆·弗里曼:
那麼,這些裝置的預期壽命是多少?我相信MTBF的數據都在各零件的數據表裡。那麼,你又是怎麼判斷96小時的燒屏時間足以消除嬰兒死亡率的?
傑瑞米·法瑞爾:
這是個好問題。我們做的是,回顧所有燒毀元件的歷史,哪裡出現了故障?而我們真正看到失敗率最高的是在前24小時。我們知道需要某種燒錄來過濾這些。
正確的數字是多少?這是個好問題。我們確實想出了96個——應該是96還是48個?這些都是很好的問題。我不確定我們是不是對的。
根據我們的數據,我們認為這會是成本上最可靠的。我們可以燒錄更多,這正是我們很樂意收到的回饋。因此我們和其他客戶一起處理這個過程,確保零件能經過正確的篩選。
湯姆·弗里曼:
問題的最後一部分是:你有測試這些零件到失效以確定活化能嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。當我們看 SEE 類型的測試,當我們看總劑量的失效率時,最初我們開發這個零件時,是的,我們測試了所有東西直到失效。我們不會每年或地段類型測試這些。
當我們最初在開發並了解每個元件的能力時,我們做過這類測試,但不會每年或批量重複測試。
湯姆·弗里曼:
好。下一個問題。對於VSC,有沒有哪個子群會接受較多溫度循環的測試?我認為答案是否定的。
傑瑞米·法瑞爾:
是的。部分成本降低是因為不再有不同的篩選層級,而是採用標準零件,讓所有零件都能盡可能無縫且快速地通過製造流程。
我們的混種犬有許多不同的篩選等級。這表示這個訂單必須在一個零件篩選,下一個訂單又要在另一個零件篩選,這會造成製造流程的大量延誤。所以只有一個篩選關卡,讓這件事更順暢。而且,這一切都與節省成本和時間有關。
湯姆·弗里曼:
但你還是願意和客戶談這個話題嗎?當然這要看情況,對吧?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,當然。
湯姆·弗里曼:
如果客戶需要破壞性物理分析(DPA),這會比我自己組裝電源供應器多很多。你能提供什麼資訊來減少對DPA的需求?
傑瑞米·法瑞爾:
首先,當我們談到VSC系列時,我們無法使用DPA。這是混合型,這也是系統工程師必須確保零件如標示的那樣的要求。
因此,任何破壞性的部分當然都會增加破壞性測試,增加大量成本。他們最後只能把它丟掉。但我們內部會做很多測試,確保我們賣的是高可靠性的零件。
湯姆·弗里曼:
抱歉,我們這裡有不少問題。很遺憾,我們不可能全部完成,但我們會盡快完成。
傑瑞米·法瑞爾:
很高興有人會提出問題。
湯姆·弗里曼:
下一個問題:轉換器是閉環系統。除了測試最終實作之外,如何透過分析評估轉換器在系統中的表現?測試整個電路,對吧?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,他們需要測試整體系統的穩定性。很遺憾,我們不提供 SPICE(積體電路重點模擬程式)模型。很多人會要求某種模擬模型。
但 DC-DC 轉換器是一個非常複雜的零件,我們內部開發 SPICE 模型,但不適用於客戶使用。每個人的系統都不一樣。每個人的負載不同,每個人的作業系統和操作
條件都不同。最好的方法是測試系統中將要操作的部分,確保它們獲得所需的效能。
湯姆·弗里曼:
這是一個多部分的問題:請描述VPT如何判斷VSC是可靠的產品。使用了什麼樣的測試、樣本大小,結果如何,例如:FIT(時間失敗率)和 MTTF(失敗時間)率?
VPT 有什麼製造控制措施可以避免工藝和製造問題?VSC在極端溫度和低地軌道輻射下的壽命保證是多少?VPD 有提供 VSC 產品的降級指引嗎?
我想我們得分開處理。問題一次太多了。我認為首先是使用了什麼樣的測試和樣本量。
傑瑞米·法瑞爾:
好。當我們談論單一組件的輻射測試時,我們會從每個批次中挑選五件,作為輻射測試用。
湯姆·弗里曼:
下一個問題是工藝和製造上的問題:我們該如何避免?
傑瑞米·法瑞爾:
我們有非常完善的內部程序,會在每個流程階段標示並記錄該部分。然後我們有旅人跟進,確保一切都完成。
我們在多個環節進行目視檢查,確保一切正常,接著進行整體檢查以確保狀況良好。這些都是我們製造過程中的內部流程,且都源自我們高可靠性的產品線。
我們正在製造高可靠性的零件。我們已經做了30年,完成了許多許多成功的任務。所以是一樣的。我們使用的是相同的製造流程。雖然是不同的組成部分,但我們的理念沒有改變。我記得有個降級問題。
湯姆·弗里曼:
是的,有的。你們有提供降級指引嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的,我們有降級指引。我們對VSC的降級指引是內部文件。
湯姆·弗里曼:
根據保密協議,這可能會被分享?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。
湯姆·弗里曼:
好,最後一個問題是關於溫度極端值和輻射。我們如何保證在極端溫度下的生命週期?
傑瑞米·法瑞爾:
其中一部分是在極端溫度時,我們會進行溫度循環。在資格審核過程中,我們會讓它以最高溫度運行1000小時,確保它仍然運作正常。我們會對這些零件進行廣泛的壽命型態測試。這基本上就是我們資格審查流程的一部分。
湯姆·弗里曼:
這裡有個快速問題。你能把 VSC 模組並聯或串聯連接嗎?可以的。
傑瑞米·法瑞爾:
是的。其實這在資料表裡有寫。
湯姆·弗里曼:
網站上也有指引,對吧?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。所以在並聯運作時,我們只允許100W並聯。低於這個尺寸的,你就直接用下一個大一號的轉換器。但平行運作需要共享型連線,VSC100 有這個。你說系列,我喜歡說它是堆疊式的。你需要兩個5V轉換器來做一個10V轉換器。
是的,我們所有的分離產品都能做到這點,但必須是分離出來才能做到。任何隔離的訊號,你可以把輸出堆疊起來,創造不同的輸出電壓配置。
湯姆·弗里曼:
好。可能還有一個問題。發射載具呢?簡單來說,運載火箭是一項不會失敗的任務,使可靠性成為王道。VSC零件適用於這類任務嗎?
你認為SVL或SVR系列產品會更適合關鍵的上市應用?.
傑瑞米·法瑞爾:
我覺得SVL型或SVR型系列,比較適合這類應用。VSC 更偏向於成本敏感的元件、成本敏感設計、高產量衛星等。所以如果可靠性是你的首要目標,你應該選擇我們提供的最高可靠性零件。
湯姆·弗里曼:
這部太棒了。我得問這個,抱歉。VSC 系列的穩壓器在導通瞬態期間會有單調電壓上升嗎?
傑瑞米·法瑞爾:
是的。是的。所以這是我們所有部分都需要的,但沒錯,這是個很好的問題。這會造成很多數位不穩定。
湯姆·弗里曼:
好。就是這樣。非常感謝大家。如果有我們沒回答的問題,我們會直接回覆你。很抱歉我們沒能全部聽完。
提醒一下,課程結束時會跳出一份問卷。三個快速問題。如果你能回答這個問題,我們會非常感激。你會收到錄音連結的電子郵件。
再次感謝你。我們非常感謝你今天收聽並收聽。
傑瑞米·法瑞爾:
是的,謝謝湯姆。非常感謝。
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