接口板

可扩展和可配置的电气接口板，适用于不同立方体卫星平台的总线系统开发

摘要：九州工业大学的 BIRDS 卫星计划设计了一个经过飞行验证的 1U CubeSat 平台电气总线系统。该总线利用背板作为子系统和有效载荷之间的机械和电气接口。背板上的电气线路由软件使用复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 配置。它允许在多个 CubeSat 项目中重复使用，同时降低成本和开发时间；因此，可以将资源用于开发任务有效载荷。最后，它为集成和系统级验证提供了更多时间，这对于可靠和成功的任务至关重要。目前 CubeSat 发射的趋势集中在 3U 和 6U 平台上，因为它们能够容纳多个复杂的有效载荷。因此，有必要演示电气总线系统以适应更大的平台。本研究展示了可配置电气接口板在两种情况下的可扩展性：能够容纳 (1) 多个任务和 (2) 复杂的有效载荷要求。在第一种情况下，设计了一个 3U 大小的可配置背板原型来处理 13 个任务有效载荷。使用四个 CPLD 来管理现有总线系统和任务有效载荷之间有限数量的数字接口。测量的传输延迟高达 20 纳秒，这对于 UART 和 SPI 等简单的串行通信来说是可以接受的。此外，测量的背板每轨道 ISS 的能耗仅为 28 mWh。最后，设计的背板被证明是高度可靠的，因为在整个功能测试中没有检测到任何位错误。在第二种情况下，与 1U CubeSat 平台相比，可配置背板在具有复杂有效载荷要求的 6U CubeSat 中实施。CubeSat 部署在 ISS 轨道上，初步在轨结果表明设计的背板支持任务没有问题。