La famosa citazione tratta dal film Alien diceva "Nello spazio nessuno può sentirti urlare". Sulla terra, invece, tutti sentiranno le urla se si verifica un guasto su un veicolo spaziale da milioni di dollari a causa di qualche componente difettoso. Per questo motivo è fondamentale che i progettisti aerospaziali scelgano i condensatori più adatti alle applicazioni spaziali e si assicurino di evitare componenti contraffatti che possono essere soggetti a guasti.
L'elettronica nelle applicazioni aerospaziali
Le aree legate all'esplorazione spaziale e ai missili nucleari sono i principali fattori che hanno favorito lo sviluppo iniziale dell'elettronica e della tecnologia. La missione lunare Apollo della NASA ha dato inizio all'invenzione della tecnologia dei circuiti integrati, mentre il programma missilistico Minuteman ha incentivato la prima produzione di massa di IC. I viaggi spaziali sono molto impegnativi per i componenti e i sistemi elettronici. Tra le sfide da superare ci sono le vibrazioni estreme, le ampie variazioni di temperatura e le condizioni di vuoto in assenza di aria. Le radiazioni costituiscono una delle preoccupazioni principali, in quanto potenziale causa di guasti o della completa distruzione dei componenti elettronici.
A causa di queste difficoltà, i componenti elettronici per il settore spaziale devono soddisfare specifiche rigorose. Di conseguenza, il mercato dei componenti adatti allo spazio è limitato a un piccolo numero di fornitori in grado di soddisfare gli standard.
Guasti dei componenti aerospaziali
I fallimenti delle missioni spaziali sono stati attribuiti, a volte, a guasti dei componenti. L'uso di una memoria SRAM difettosa è stato considerato una delle possibili cause della caduta della sonda spaziale russa Fobos-Grunt. La sonda Fobos-Grunt, lanciata nel 2011, era destinata a compiere un viaggio di andata e ritorno su una delle lune di Marte, invece, non riuscì a uscire dall'orbita terrestre e finì per schiantarsi.
Il direttore dell'agenzia spaziale russa attribuì il guasto a componenti contraffatti che, una volta esposti alle radiazioni dei raggi cosmici, manifestarono dei malfunzionamenti.
La commissione che indagò sull'incidente concluse che l'insuccesso della missione Fobos-Grunt fu dovuto a diversi fattori, tra cui uno scarso controllo della qualità e test insufficienti.
Componenti contraffatti per il settore aerospaziale: pericoli e best practice
I componenti contraffatti sono una sfida sempre più importante per il settore dell'elettronica per diversi motivi, tra cui il numero crescente di aziende cinesi che operano in questo campo. Inoltre, l'elevato numero di parti obsolete utilizzate nei vecchi programmi aerospaziali militari rendono questo mercato un obiettivo allettante per i componenti contraffatti.
Per contrastare l'offensiva dei falsi, la NASA ha contribuito a costituire il comitato SAE International G-19 per sviluppare procedure atte a ridurre i rischi correlati ai componenti contraffatti. La NASA ha stilato una serie di procedure per rilevare ed evitare la contraffazione. L'agenzia ha inoltre sviluppato metodi per valutare le capacità dei fornitori e i potenziali problemi.
Contraffazioni di componenti elettronici: come effettuare la convalida
Tuttavia, gli appaltatori del settore spaziale devono rendersi responsabili dell'introduzione di processi per individuare i dispositivi falsi disponibili sul mercato. Ciò richiede un impegno costante e fonti di dati affidabili per essere sempre a conoscenza dei dispositivi falsi immessi sul mercato.
Le società possono inoltre effettuare test più estesi dei prodotti elettronici. Ad esempio, NXP Semiconductors ha presentato una soluzione USB di tipo C progettata per effettuare una convalida dei dispositivi, incluso il controllo di eventuali parti contraffatte negli alimentatori.
MIL Standard per il settore aerospaziale
Gli appaltatori devono anche assicurarsi di acquistare parti conformi agli standard per le prestazioni e la resistenza nello spazio. Tra questi è incluso lo standard MIL-PRF-55365 che definisce i requisiti generali per i condensatori dielettrici in tantalio a chip fisso. Questi condensatori sono principalmente destinati all'uso in circuiti ibridi a pellicola sottile o spessa o in applicazioni montate su superficie con funzione di filtro, bypass, accoppiamento e altro.
Un altro standard è il MIL-STD-1580 che definisce i requisiti per l'analisi fisica distruttiva di campioni di parti. Questo standard stabilisce i requisiti per le procedure di analisi e l'interpretazione dei risultati.
In alternativa, si può applicare la specifica ESCC (European Space Components Coordination) 3009, che tratta di vari tipi di condensatori, inclusi quelli in ceramica, tantalio e passanti. Questa specifica include rating, caratteristiche fisiche ed elettriche e dati di test e ispezione.
Utilizzo di produttori di elettronica per il settore aerospaziale
Gli appaltatori aerospaziali possono garantire l'autenticità e la conformità agli standard dei componenti acquistando direttamente dai fornitori o dai distributori autorizzati. Alcuni fornitori di condensatori offrono dispositivi specificamente progettati per le applicazioni spaziali, aerospaziali e militari.
Ad esempio, AVX ha presentato i condensatori in ceramica multistrato (MLCC) dielettrici X7R con elettrodo in metallo di base (BME) di livello spaziale, adatti per l'impiego su satelliti e veicoli spaziali con equipaggio o a pilotaggio remoto. AVX afferma che i dispositivi forniscono valori della capacità più elevati in dimensioni inferiori per ridurre l'ingombro e il peso, fattori chiave per i componenti elettronici spaziali. I condensatori utilizzano, inoltre, una placcatura di stagno-piombo con terminazioni Flexiterm per resistere allo stress meccanico, consentendo una flessione delle schede più che doppia rispetto alle terminazioni standard.
AVX offre anche la serie TCH di condensatori a chip polimerico in tantalio sigillati ermeticamente per il settore aerospaziale e per altre applicazioni che richiedono elevata affidabilità. Secondo quanto riportato da AVX, la serie TCH è stata originariamente sviluppata per un programma dell'Agenzia spaziale europea che richiedeva capacità estremamente elevata e bassa resistenza di serie equivalente (ESR).
Un altro fornitore, KEMET Corp, ha annunciato una linea di condensatori polimerici adatti per i settori militare e aerospaziale. Questi condensatori fanno parte delle serie COTS in polimero T540 e T541 e sono destinati ad applicazioni di decoupling e filtraggio che richiedono ESR molto bassa, alta capacità di corrente di ripple e conservazione capacitiva ad alta frequenza migliorata. Queste caratteristiche sono adatte alle applicazioni aerospaziali, quali radar, alimentatori e sistemi di guida.
Distributori di elettronica per applicazioni aerospaziali
Quando acquistano da distributori, gli appaltatori del settore spaziale devono essere sicuri di rivolgersi ad aziende affidabili, impegnate a non commercializzare parti contraffatte. È una preoccupazione di particolare importanza per il segmento militare e aerospaziale in cui molti componenti stanno diventando obsoleti.
Alcuni distributori assicurano di poter evitare contraffazioni stringendo accordi direttamente con i fornitori ed eliminando gli acquisti da terze parti. Ad esempio, Arrow Electronics Inc. afferma che negli ultimi due decenni ha acquistato prodotti fuori produzione in blocco direttamente dalle aziende.
In questo modo, Arrow può continuare a vendere migliaia di parti obsolete fino a 10 anni dopo che ne è stata interrotta la produzione. I componenti di Arrow vengono forniti con Certificati di conformità che eliminano il rischio di componenti contraffatti che possono compromettere le missioni spaziali. Scegliendo le parti giuste e adottando misure per evitare le contraffazioni, gli appaltatori possono contribuire a ridurre il rischio di guasti dei condensatori nello spazio.