下次火星之旅前，您需要了解的七個航天器子系統

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年輕時，我和大多數心懷抱負的工程師一樣，也曾夢想遨遊太空，特別是火星。那時，我以為乘坐美國航空航天局的太空梭是到達太空的唯一途徑。然而，太空梭項目的取消擊碎了我少年時代的夢想，至少我是這樣認為的。最近的商業化衛星和發射服務稱，有朝一日可能提供太空探索服務。憑藉新的創新方法和數十年的相關經驗，我相信他們能夠將這一夢想變為現實。

與此同時，我們也必須清楚地認識到，由於極端惡劣的環境，太空其實是一個非常危險的地方。軌道飛行中存在輻射、飛濺的碎片、極端溫度和繁多的環境干擾。鑒於這些因素，飛船設計師採用了抗輻射集成電路（例如德州儀器公司生產的電路）、溫度和慣性控制及特殊的外部結構，為太空飛行器提供保護，防止這些環境因素的影響。

當然我們不是專業的天體物理學家，作為業餘人士，我們首先需要了解航天器或衛星的七個基本子系統：

推進系統。提到推進系統時，您可能會想到衛星發射或太空梭返航時使用的大型火箭助推器。而實際上，衛星發射系統只是整個推進子系統的眾多功能之一。推進系統的主要功能是調節飛行軌道與飛行姿態——將航天器定位到正確的軌道、控制下降、乃至調整飛船位置進行拍照，例如2014年10月美國航天局火星奧德賽號拍攝到的賽丁泉彗星（圖1）。

圖1：賽丁泉彗星接近火星時，美國宇航局的火星軌道器操作拍照（圖片來源：NASA / JPL-Caltech）

電源系統。電源系統負責分配、存儲（電池）、生成（太陽能）和調節電源。大多數衛星提供類似於電信電源系統的標準電源匯流排。這些標準電源軌包括28V、48V、50V、75V和100V。由於高電壓下的電源效率更高，因此高電壓（類似於地球上的電力線）分布在整個航天器上。然而，分散式架構需要兩個額外的電源匯流排，即中間電源匯流排（28V至5V）和負載點匯流排（0.6V至5.5V），通常配置在四個子系統中。功率轉換是一個非常有趣的領域，它需要特殊的抗輻射加固的設計技術（通常會增加集成電路[IC]的大小），以確保功率FET不會因空間中的重離子受損。TI擁有一些市場上最小的負載點解決方案，包括用於驅動雙倍數據速率（DDR）內存的高級動力系統。尺寸的減小可以顯著降低衛星成本，因為更小、更高效的解決方案可以減輕重量，從而降低發射費用。這是降低衛星成本的主要推動因素。
姿態確定與控制系統（ADCS）。該子系統與推進子系統緊密聯繫，共同控制和定位飛船，完成特定的任務。它對於天線定位（通信）和太陽能電池陣列的定位（用於電池的太陽能收集）也很重要。感測器，如星體跟蹤器、太陽感測器、全球定位系統，慣性測量單元和速率陀螺等用於確定姿態。推進系統，如飛機/推進器、反作用輪、控制力矩陀螺和磁矩桿用於控制姿態。這個子系統中的電子元件包括負載點功率解決方案、運算放大器、電壓基準、低速（小於1MHz）模擬數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）和比較器等。
通信系統。該子系統負責與地球和其他航天器之間的通信。衛星通信通過無線電頻譜在模擬域中分配頻率。簡而言之，為使衛星理解通信內容，必須將模擬數據轉換為數字域。TI在此方面擁有豐富的專業知識，以及一些航天市場中世界上速度最快的ADC和DAC。該子系統也需要負載點功率、介面、運算放大器和時鐘解決方案。
命令和數據處理（C＆DH）。該子系統負責處理和分配數據。將其想像為衛星的主計算機。需要時，它與通信和ADCS緊密相連。該子系統使用許多不同類型的電子設備，包括點負載功率、專用集成電路（ASIC）、現場可編程門陣列（FPGA）、存儲器、處理器、介面、運算放大器和時鐘。
熱力系統。該子系統基本上是航天器的暖通空調。它負責將電子設備的溫度維持在指定範圍內。我也喜歡將此系統納入「健康監測系統」中，後者的範圍更廣，包括溫度、電流和電壓監測和控制。隨著航天器技術的日益精進，我期待技術界能夠在此領域做出更多的改進。
結構和機械系統。該子系統的機械（非電子）功能包括支持結構、框架、適配器和移動夾具。

現在您了解到，航天器有著極其複雜和有趣的子系統。也許我的介紹能幫助您為下次火星之旅做出更充分的準備，或者促使您進行更深入的了解。