Wie die Entwicklung des PCB-Designs die Flugvisionen von SpaceX ermöglicht hat

June 19, 2017 Altium Designer

space shuttle launch

 

Die Arbeitsabläufe und Fertigungsverfahren im heutigen PCB-Design sind die schnellsten, intuitivsten und kosteneffizientesten überhaupt. Alle, vom kleinen Startup bis zur großen Entwicklungsabteilung, können ohne Kompromisse ehrgeizige Designs entwickeln. Einen besonders prägenden Einfluss hatte dies in der Raumfahrt, wo unabhängige Firmen wie SpaceX dort ansetzten, wo die NASA aufgehört hat. Das heißt, mit günstiger und zuverlässiger PCB-Technologie kann SpaceX das tun, was vorher nicht möglich war. Vor vier Jahrzehnten sah die Realität noch ganz anders aus.

 

Space shuttle above the clouds
Dank Fortschritten im PCB-Design gelangt die Raumfahrt in ungeahnte Sphären

 

Saturn V: Ein kleiner Schritt für PCBs, ein großer Schritt für die Menschheit

Wahrscheinlich waren Sie 1969 noch zu jung, um das Großereignis des Jahres bewusst zu erleben. Die NASA startete im Rahmen ihres Apollo-Programms die erste erfolgreiche Erkundungsmission zum Mond, womit sie die sowjetische Konkurrenz ausstach und den Wettlauf ins All für sich entschied. Allerdings konnte die verwendete Saturn-V-Rakete noch nicht voll von der PCB-Technologie profitieren. Diese steckte nämlich, wie wahrscheinlich auch viele von Ihnen, noch in den Kinderschuhen. Die PCBs damals hatten noch von Hand verlegte Leiterbahnen, keine integrierten Schaltungen, geringe Bestückungsdichte und wurden manuell verlötet. Eine Ausnahme stellte der Apollo Guidance Computer (AGC) in der Saturn V dar. Der auf 16-Bit-Technik basierende AGC unterstützte die Steuerung und Navigation und war die erste Anwendung oberflächenmontierter integrierter Schaltungen. Zu dieser Zeit war dieser inzwischen vertraute Ansatz nur mit dem großzügigen Budget der NASA und den dort versammelten Talenten zu bewerkstelligen.

 

Space Shuttle: Jetzt hebt die PCB-Technologie richtig ab

Etwa 10 Jahre später erlebten PCBs und die Raumfahrt eine massive Veränderung. Nach dem Erfolg des Apollo-Programms konzentrierte sich die NASA auf die Entwicklung eines wiederverwendbaren und zuverlässigen Raumfahrzeugs, um die Saturn-Rakete zu ersetzen. Hieraus entstand schließlich das uns allen bekannte Space Shuttle. Ebenso fand beim PCB-Design und der Fertigung eine ähnliche Veränderung statt: integrierte Schaltungen, Multilayer-Platinen, Surface-Mount-Technologie (SMT) und automatisierte Fertigung prägten die Industrie. Doch PCBs entwickelten sich noch weiter, mit beeindruckenden Auswirkungen auf die Konstruktion des Space Shuttle: Die Bedienung und sogar ganze Missionsetappen wurden von Computern übernommen. Fünf Bordcomputer des Typs IBM AP-101, von denen vier gleichzeitig und ein fünfter als Notfallreserve liefen, steuerten das Shuttle per Autopilot. Mit 480.000 Instruktionen pro Sekunde bot dieser Computer modernste Technologie in der Größe eines Schuhkartons. Die Beschleunigung der PCB-Technologie ermöglichte es dem Space Shuttle, eine Rechenleistung zuverlässig zu nutzen, die zuvor raumfüllenden Großrechnern vorbehalten war.

space shuttle taking off
Space Shuttle, ausgestattet mit fortschrittlicher PCB-Technologie, hebt ab!

 

SpaceX: PCB Technologie erreicht neue Sphären

Heute ist SpaceX einer der großen Namen in der Erkundung neuer Weiten in der Raumfahrt. Die Firma wurde 2002 von Elon Musk gegründet und ist ein ehrgeiziges Unternehmen zur Entwicklung eines neuen, wiederverwendbaren Startsystems und im Endeffekt zur Erschließung der interplanetaren Raumfahrt. Die Raketen der Falcon-Serie sind das spektakulärste Projekt. Bei der Entwicklung hatten Wiederverwendbarkeit und Kostenreduzierung Priorität, was an der einfachen Fertigung und Montage der Falcon-Serie erkennbar ist. Die Schöpfung der Falcon-Familie und SpaceX selbst erschließt sich aus Musks frühzeitiger Erkenntnis, dass die Kosten für den Bau eines Raumfahrzeugs durch vertikale Integration einfach zu kontrollieren sind. Mit anderen Worten: SpaceX produziert den Großteil der Falcon-Teile unabhängig und montiert firmenintern. Die Falcon-9-Raketen als neuester Entwicklungsschwerpunkt sind ein zweistufiges System mit einem revolutionären Landesystem. Beim Rückflug durch die Atmosphäre rotiert die Rakete um 180 Grad und landet vertikal – ein unglaublicher Fortschritt auf dem Weg zum wiederverwendbaren Raketensystem.

 

Falcon 9 debut launch
Am 19. Februar startete SpaceX seine erste Falcon 9. Bildrechte: Nadezda Murmakova/shutterstock.com

 

Welche Rolle spielen die heutige PCB-Technologie und die daraus resultierende Rechenleistung in der Welt von SpaceX? Für die Falcon-9-Raketen und das gesamte Konzept der vertikalen Landung sind es die Flug- und Steuercomputer.  Moderne PCB-Technologie hat dieses System nicht nur möglich, sondern auch absolut praxistauglich gemacht, ohne Kompromisse. Hochleistungsfähige integrierte Schaltungen und Prozessoreinheiten, die allgemein verfügbar sind, haben zusammen mit modernen Multilayer-Platinen den Platzbedarf und die Kosten von PCB-Modulen gesenkt. Reaktionsschnelle Fertigung, Surface Mount-Technologie und ein immer größer werdender Katalog serienmäßig produzierter Komponenten verleihen den Leiterplatten-Designs Flexibilität, wenn sich die Anforderungen ändern und kurze Fristen eingehalten werden müssen. Am wichtigsten ist allerdings die leistungsstarke und intuitive PCB-Design-Software, mit der die Ingenieure von SpaceX diese Systeme im Handumdrehen entwickeln können. Dies ist ein großer Vorteil für den Design-Prozess der Falcon 9. Hochredundante Komponenten, konventionelle Prozessoren und vorhandene Computerplattformen bürgen gemeinsam für hundertprozentige Zuverlässigkeit.

SpaceX verschiebt die Grenzen der PCB-Technologie vielleicht bis zur Grenze der Atmosphäre, aber es gibt keine Anwendung, die nicht von leistungsstarkem und innovativem Design profitiert. Professionelle PCB-Design-Software kann Ihnen helfen, Ihre Träume zu verwirklichen. Egal ob Sie zum ersten Mal entwerfen und große Ideen für das nächste tolle Gerät haben oder als erfahrener Entwickler Ihren Arbeitsablauf optimieren wollen: Altium hat die PCB-Werkzeuge, mit denen Sie Ihr nächstes Projekt bewältigen.

 

 

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