La demande de bande passante Internet continue d'augmenter, tandis que la bande passante terrestre tarde à répondre. C'est en partie parce que, d'un point de vue économique, il n'est pas viable de desservir environ la moitié de la population mondiale. Cependant, il s'agit d'une initiative importante car rendre le haut débit accessible de manière générale aux couches sociales les plus mal desservies réduit la pauvreté, améliore le niveau de vie et est l'une des clés de la croissance économique.
La bande passante devra être multipliée par au moins 20 pour couvrir la demande internet mondiale. Plus de 100.000 XNUMX nouveaux satellites devront être déployés dans les dix prochaines années pour atteindre cet objectif, et des solutions de puissance à haute densité feront partie de la conception des satellites LEO et MEO.
Là où le haut débit terrestre n'atteint pas, les communications par satellite sont prêtes à résoudre ce problème. Les fournisseurs de communications par satellite et les OEM tentent de développer des produits qui tirent parti de ces excellentes opportunités de croissance. Les efforts d'entreprises telles que Boeing, qui fournit des satellites au fournisseur de services européen SES pour sa constellation O3b (3 autres milliards), et à SpaceX, qui, avec sa constellation Starlink en croissance rapide, sont à l'avant-garde de l'égalité des chances pour des milliards de personnes .
Pour concrétiser cette opportunité commerciale et sociale, les fournisseurs de communications par satellite et les équipementiers prévoient de déployer une capacité suffisante pour au moins 20 fois la bande passante totale au cours des cinq prochaines années. [b] Boeing, OneWeb, Viasat, SpaceX et d'autres prévoient d'ajouter plus de 100.000 XNUMX satellites dans les dix prochaines années[c] et ils essaient tous de jouer un grand rôle dans la nouvelle course à l'espace.
Pour y parvenir, l'industrie subit un énorme changement de paradigme dans la conception des systèmes satellitaires afin d'obtenir un succès significatif, ainsi qu'une excellente occasion d'introduire des solutions innovantes et de nouvelles entreprises pour profiter de ce boom.
Un élément fondamental pour résoudre le problème dans son ensemble est de résoudre le problème de la nourriture. Les nouvelles solutions pour les communications par satellite dans l'espace nécessitent un traitement de haute performance qui, à son tour, consomme plus. Les limitations d'espace et de poids donnent donc plus d'importance aux solutions d'alimentation avancées, à haute densité et à haut rendement qui permettent d'obtenir ces systèmes de communication avancés.
Les clés de la concurrence pour les nouveaux OEM de satellites et les fournisseurs de services
Pour concurrencer les solutions terrestres et capter la part attendue de la croissance de la bande passante Internet au cours des cinq à XNUMX prochaines années, les solutions spatiales doivent être compétitives en termes de capacité, de couverture, de latence et de coût. Afin d'être compétitives, la stratégie clé dans laquelle les entreprises du soi-disant New Space ont convergé est le déploiement d'un grand nombre de satellites plus petits et connectés en LEO (orbite terrestre basse) et MEO (orbite terrestre moyenne). orbite) constellations. .
Le déploiement de centaines ou de milliers de satellites sur des orbites inférieures présente des difficultés importantes pour les architectes et les développeurs de systèmes. Le coût d'un satellite, y compris le coût de lancement, doit être réduit d'au moins un ordre de grandeur par rapport aux satellites géostationnaires (GEO) et de l'espace lointain pour que cette solution soit économiquement viable. [c] Pour parvenir à cette réduction des coûts, ils besoin d'augmenter le débit des satellites et de réduire à la fois la taille et le poids. Dans le même temps, le nombre de satellites pouvant être déployés est fini et restreint en fonction de l'allocation établie par les organisations internationales, il y a donc une incitation encore plus grande à atteindre les performances maximales de chaque satellite. Ces exigences diamétralement opposées, qui impliquent de réduire la taille et le coût des satellites tout en augmentant leurs performances, ainsi qu'une moindre exposition aux rayonnements en orbite basse, établissent plusieurs critères de conception qui se distinguent des applications spatiales classiques.
Critères et exigences de conception pour le nouvel espace
Une façon pour les développeurs de résoudre ce problème de conception a été d'utiliser des capacités de traitement embarquées de plus en plus sophistiquées. L'utilisation de FPGA et d'ASIC à la pointe de la technologie avec des niveaux d'intégration bien inférieurs au micron et des exigences d'alimentation à basse tension et à courant élevé exigeantes est devenue courante pour obtenir des performances maximales dans le plus petit espace possible.[d] des solutions plus avancées déterminent également la durée de la mission puisque, à mesure que la technologie s'améliore, les entreprises devront changer de satellite plus rapidement pour profiter des dernières innovations.
La durée typique d'une mission LEO et le délai optimal pour la mise à niveau technologique sont de trois à sept ans. Cette proposition peut être coûteuse, et comme l'approbation ne sera obtenue que pour un certain nombre de satellites, les entreprises devront les remplacer plutôt que d'en ajouter. La durée plus courte de la mission nécessite également de repenser le délai de mise sur le marché de sept à XNUMX ans qui prennent généralement la moitié ou moins des cycles de développement et de production. La bonne nouvelle est que des orbites plus basses dans la ceinture de Van Allen, associées à des durées de mission plus courtes, réduisent considérablement la radioprotection nécessaire. Cela permet à son tour d'utiliser des produits commerciaux plus sophistiqués et moins coûteux avec les niveaux inférieurs de tolérance aux rayonnements requis pour la mission.
Les exigences de délai de mise sur le marché entraînent d'autres changements. Les développeurs essaient de créer des composants modulaires prêts à l'emploi pour augmenter la fiabilité, réduire le temps de test et d'approbation et permettre des cycles de conception beaucoup plus rapides et plus prévisibles. Ces exigences, associées au volume considérable de satellites que les équipementiers doivent produire, pèsent lourdement sur la capacité de fabrication. Les composants modulaires sont généralement assemblés dans des environnements de fabrication modernes et sont robustes et commercialement évolutifs, contrairement aux anciens composants de qualité spatiale, qui sont généralement produits en petit nombre et pour des missions qui nécessitent moins de satellites avec un degré de résistance aux radiations plus élevé.
Des réseaux électriques améliorés pour le New Space
Semblables à d'autres éléments des systèmes satellitaires, la plupart des solutions DC/DC de qualité spatiale existantes, isolées et non isolées, ont été développées pour des missions spatiales plus profondes et ont un degré élevé de fiabilité et de tolérance aux radiations. En tant que tels, ils ne répondent pas aux besoins de densité et d'efficacité des applications New Space. Ces solutions à résistance maximale contre les rayonnements nécessitent la fabrication d'encapsulations hermétiques et la production de petites quantités avec des cycles extrêmement longs en raison du pourcentage élevé de travail manuel et de nombreux tests. Un type de réseau électrique différent est nécessaire pour répondre aux exigences de performance des applications New Space, tout en offrant une tolérance aux radiations adéquate.
Pour obtenir ces améliorations de taille, de poids et de coût grâce à des processeurs de communication avancés, ainsi que pour raccourcir les délais de mise sur le marché, un réseau électrique avancé capable de fournir des courants élevés à basse tension grâce à des composants d'alimentation denses et efficaces de type modulaire est impératif. Des composants de puissance compacts et modulaires réduiront considérablement la taille et le poids du réseau électrique de trois manières :
- Ils ont une densité de puissance plus élevée.
2. Ils réduisent la taille du réseau d'alimentation et augmentent l'efficacité, réduisant ainsi la surface occupée sur le circuit imprimé à haute teneur en cuivre.
3. Ils ont besoin de moins de filtrage supplémentaire.
En général, l'amélioration de l'efficacité et de la densité du réseau d'alimentation libère de la taille et du poids qui peuvent être consacrés aux sous-systèmes de charge utile et de satellite.
Délai de mise sur le marché plus rapide, avantages maximaux, moins de risques et de coûts
Les modules d'alimentation tolérants aux radiations de Vicor fournissent le réseau d'alimentation idéal pour les satellites LEO et MEO existants en fournissant une conversion de tension à haut rendement, haute densité et à faible bruit pour alimenter les ASIC et les processeurs pour la communication réseau avancée. La fiabilité est accrue grâce à la topologie à double étage de puissance qui, associée à des tests d'homologation de type approfondis, permet à nos modules de répondre aux exigences de rayonnement TID et SEE en mission.
Les solutions modulaires de Vicor convertissent l'énergie entre la source et la charge, permettant aux développeurs de réduire les délais de mise sur le marché, les risques et les coûts, tout en maximisant l'espace carte. Ce produit Vicor est capable d'alimenter une charge de processeur de 0,8 V/150 A et 3,3 V/50 A à partir d'un bus standard de 100 V avec des rendements allant jusqu'à 81 %. Les modules de nouvelle génération, en cours de développement, amélioreront les niveaux d'efficacité globale et offriront des solutions de bus alternatives.
Parmi les avantages différentiels offerts par les nouveaux modules de puissance tolérants aux radiations de Vicor figure une amélioration de la densité de puissance d'un facteur 3 à 5 par rapport aux meilleures solutions actuellement disponibles, ainsi qu'une réduction de 50% des pertes de puissance pour les applications basées sur un bus 100V . La mise en œuvre d'une solution tolérante aux rayonnements de Vicor réduira considérablement l'espace et le poids de la carte requis par le réseau électrique avec les meilleurs niveaux de densité, d'efficacité et de signature acoustique.
Avec une longue expérience en tant que leader du marché à la fois dans l'aérospatiale commerciale et les solutions d'alimentation de processeur haute performance, Vicor utilise des packages avancés et des techniques de montage SM-ChiP™ standard en grandes quantités. Tous les composants sont fabriqués dans une usine américaine avec une capacité de fabrication robuste et évolutive à de grandes quantités, ce qui le rend idéal pour les défis LEO et MEO d'aujourd'hui.
Rob Russell, vice-président des solutions satellites, Vicor
