O Papel Crucial dos Componentes Semicondutores em Missões Espaciais:
Desde o lançamento do primeiro satélite americano, o Explorer 1, a bordo do míssil Jupiter-C, que os componentes da Microchip têm comprovado a sua adequação ao espaço, cumprindo rigorosos padrões de radiação e fiabilidade em órbita.
O papel dos componentes semicondutores nas missões espaciais começou com os dispositivos de controlo de frequência, que foram cruciais nas primeiras missões. O controlo de frequência, como osciladores de cristal de quartzo, osciladores SAW controlados por tensão (VCSOs) ou relógios atómicos, é fundamental para a eletrónica de missões espaciais, garantindo a transmissão e receção precisas de sinais, mantendo a estabilidade da comunicação, a integridade dos dados e a sincronização do sistema. Estes componentes foram vitais para o sucesso da primeira missão espacial americana em 1958 e lançaram as bases para um legado de fiabilidade no espaço. A alunagem da Apollo 11 em 1969, uma das maiores conquistas da humanidade, também dependeu destas tecnologias. A Microchip forneceu um apoio crítico de comunicação dentro do Módulo Lunar (LM) da Apollo 11 na superfície lunar.
Os osciladores de rubídio, SAW e quartzo são utilizados em mais comunicações militares, estações terrestres de satélite e aplicações de teste e medição do que qualquer outra referência de frequência de precisão no mundo.

A missão Voyager 1, atualmente o objeto feito pelo homem mais distante da Terra, demonstrou ainda mais o desempenho incomparável dos semicondutores no espaço. Os componentes eletrónicos da Voyager 1 incluíam uma combinação de circuitos integrados de lógica TTL (tempo de vida) e CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar), componentes analógicos, chips de memória e semicondutores personalizados, concebidos para satisfazer os desafios do espaço profundo. O computador principal da Voyager 1 utilizava um CPU (unidade central de processamento) personalizado, denominado SPS-8, concebido pela NASA para a sonda. Os chips de lógica TTL eram um tipo popular de circuito integrado digital na época, enquanto hoje a maioria dos circuitos integrados semicondutores são baseados em CMOS.

Nos últimos anos, as tecnologias de semicondutores têm sido fundamentais para a exploração de Marte. Os robôs exploradores Curiosity e Perseverance, que forneceram informações inestimáveis ​​sobre o Planeta Vermelho, dependem destes componentes para funcionar no ambiente hostil de Marte. O robô explorador de Marte, especificamente o Perseverance, contém diversos componentes da Microchip Technology. Estes incluem microcontroladores utilizados para vários sistemas de controlo e tarefas de processamento de dados, bem como circuitos integrados de gestão de energia que são cruciais para a gestão eficiente do fornecimento de energia a diferentes partes do robô. Todos estes componentes são resistentes à radiação, garantindo que os componentes eletrónicos suportam o ambiente espacial hostil. Estes componentes são essenciais para o funcionamento do robô e ajudam-no a realizar as suas tarefas científicas em Marte.
Em relação à exploração lunar, a missão Chandrayaan-3, a terceira missão de exploração lunar da Índia, também utilizou vários componentes semicondutores. Estes componentes, como os FPGAs resistentes à radiação (RT), são cruciais para o sucesso da missão, permitindo a comunicação, a navegação e as experiências científicas na superfície lunar.
As missões Artemis em curso, que visam levar os humanos de volta à Lua e, eventualmente, enviá-los para Marte, dependem também do desempenho e da fiabilidade comprovados das tecnologias de semicondutores.

A Importância da Fiabilidade e do Desempenho nos Programas Espaciais
No ambiente hostil do espaço, a fiabilidade e o desempenho não são apenas importantes, são cruciais. Os componentes semicondutores são essenciais para as missões espaciais modernas, alimentando tudo, desde satélites e veículos exploradores a sistemas de comunicação e estações espaciais. Dadas as condições extremas do espaço — temperaturas extremas, radiação intensa e o vácuo espacial — os componentes devem funcionar perfeitamente durante longos períodos. Mesmo a mais pequena falha num semicondutor pode levar ao fracasso da missão, o que realça a importância da seleção de componentes altamente fiáveis.

O Desafio da Radiação no Espaço:
O espaço está repleto de elevados níveis de radiação, que podem ser devastadores para os componentes eletrónicos. Esta radiação pode degradar materiais, provocar falhas elétricas e corromper os dados transmitidos. Por exemplo, o ambiente de radiação solar fora da atmosfera protetora da Terra pode expor componentes a partículas energéticas que causam interrupções de evento único (SEUs) ou danos por dose total de radiação.
Para lidar com estes desafios, as técnicas avançadas de proteção contra a radiação incluem a utilização de materiais especializados, como semicondutores resistentes à radiação, e modificações de design que reduzem a vulnerabilidade à radiação. Por exemplo, os microprocessadores de nível espacial utilizados em computadores de bordo são frequentemente concebidos com proteção contra radiação (RHBDs) para que uma falha não cause a falha de todo o sistema.
Testes de Resistência para Simular Condições Espaciais:
Para além da resistência à radiação, as empresas com uma longa experiência em missões espaciais foram pioneiras em processos de teste e qualificação rigorosos que garantem a fiabilidade e o desempenho dos seus componentes. Estes testes vão muito além do controlo de qualidade padrão de fabrico. Os semicondutores de grau espacial passam por extensos testes de ciclo térmico, que simulam as amplas variações de temperatura no espaço, desde o calor intenso do Sol ao frio glaciar do espaço profundo. Exemplo disso são os testes realizados pela NASA em componentes para o rover Perseverance em Marte, que sofreu oscilações de temperatura de -55 °C a 125 °C, exigindo componentes capazes de suportar tais extremos sem falhas.
Os componentes também são submetidos a testes de vibração para simular as tensões e vibrações experimentadas durante o lançamento. As intensas forças geradas durante os lançamentos de foguetões são incomparáveis ​​a tudo o que se vê na Terra, pelo que os componentes semicondutores devem ser capazes de suportar estas condições sem comprometer a sua integridade. Por exemplo, durante a missão Apollo 11, os componentes eletrónicos críticos foram sujeitos a testes de vibração para garantir que sobreviveriam às poderosas forças do lançamento, contribuindo, em última análise, para o sucesso da alunagem.

Fiabilidade a Longo Prazo: Exemplos da História Espacial.
As missões espaciais requerem componentes que não só funcionem durante a missão, mas que também continuem a funcionar de forma fiável ao longo do tempo. A sonda Voyager 1, lançada em 1977, é um excelente exemplo de como a fiabilidade é crucial para missões de longa duração. Após mais de 40 anos no espaço, a sonda ainda comunica com a Terra, graças a componentes semicondutores que foram resistentes à radiação e rigorosamente testados para suportar condições extremas.
Outro exemplo é a Estação Espacial Internacional (ISS), que depende de inúmeros sistemas baseados em semicondutores para manter os sistemas de suporte de vida, realizar experiências científicas e manter as linhas de comunicação abertas. A EEI está constantemente exposta ao ambiente de radiação severa do espaço, com temperaturas que variam entre +121 °C (virada para o Sol) e -157 °C (à sombra), e, ainda assim, os componentes semicondutores a bordo devem funcionar de forma fiável dia após dia.

O Futuro dos Componentes Semicondutores no Espaço:
À medida que a indústria espacial continua a evoluir com o surgimento de constelações em órbita terrestre baixa (LEO) e a crescente comercialização do espaço, aumenta também a procura por componentes semicondutores fiáveis ​​e de alto desempenho. As novas iniciativas espaciais exigem componentes capazes de responder a desafios únicos, combinando elevada fiabilidade, inovação e relação custo-benefício.

Expandir Fronteiras: O Mercado Espacial em Evolução

Uma tendência crescente na indústria espacial é o aumento da utilização de dispositivos comerciais prontos a usar (COTS, na sigla em inglês), que oferecem uma solução económica para missões espaciais devido à sua disponibilidade imediata. A rede de satélites Starlink utiliza componentes COTS para reduzir custos e acelerar a produção. Muitos dos componentes eletrónicos de bordo, especialmente os de sistemas não críticos, dependem destes componentes, que são baratos e foram cuidadosamente selecionados pela sua fiabilidade em ambientes espaciais.

Um excelente exemplo é o foguetão Ariane, desenvolvido em conjunto pela ESA (Agência Espacial Europeia) e pelo CNES (Centro Nacional de Estatísticas de França). O Ariane 5 (1985) estava equipado com um processador central Sparc de alta resistência, com tecnologia QML, num invólucro hermeticamente fechado, e uma rede 1553 para comunicação entre todos os sistemas do foguetão. A versão mais recente, Ariane 6 (2024), incorpora agora um processador COTS baseado na arquitetura Arm®, com um conjunto de plástico e Ethernet para comunicação. Este é também um padrão industrial amplamente adotado, em contraste com a tecnologia espacial e militar específica utilizada no Ariane 5.
No entanto, para sistemas de alta fiabilidade que devem manter um elevado desempenho nas comunicações espaciais, os dispositivos COTS precisam de ser adaptados e certificados, o que requer conhecimentos especializados. As empresas que desejam entrar no mercado espacial ou fazer a transição do espaço profundo para o espaço próximo devem colaborar com empresas de semicondutores com um historial comprovado de voos espaciais, capazes de atualizar os dispositivos COTS para satisfazer as rigorosas exigências das missões espaciais.

Descubra como a trajetória de voo consolidada abre caminho para uma nova era de acessibilidade e colaboração em aplicações espaciais

A Microchip oferece aos clientes um caminho simples para migrar de dispositivos COTS para dispositivos qualificados para o espaço. Esta abordagem proporciona soluções escaláveis ​​e personalizáveis, adaptadas aos requisitos específicos de cada missão. Esta flexibilidade é essencial na indústria espacial, um setor dinâmico e em constante evolução, onde surgem continuamente novas tecnologias e perfis de missão. Ao reduzir as barreiras à comercialização e à exploração espacial, a Microchip facilita um acesso mais alargado às tecnologias e inovações espaciais.
A curto prazo, o futuro dos semicondutores no espaço pode ser perspetivado como uma combinação de diversas estratégias: melhoria dos dispositivos COTS, aproveitamento da nossa experiência em voos espaciais com versões de produtos sub-QML para reduzir os requisitos de seleção, diminuir os custos e encurtar os prazos de entrega, e personalização dos processos de fabrico para satisfazer os requisitos específicos de cada perfil de missão.
Combinando estas abordagens, continuaremos a garantir um futuro robusto e adaptável para os semicondutores no espaço.

Em conclusão
, os componentes semicondutores são cruciais para o sucesso das missões espaciais, proporcionando a fiabilidade e o desempenho necessários no ambiente hostil do espaço.
À medida que a indústria espacial continua a evoluir, a procura por componentes semicondutores fiáveis ​​e de alto desempenho só aumentará.

Autor: Nicolas Ganry, gestor sénior de marketing da unidade de negócio aeroespacial e de defesa da Microchip Technology.