| Разработчики: | Российские космические системы (РКС) |
| Дата премьеры системы: | 2022/04/18 |
| Отрасли: | Космическая отрасль, Электротехника и микроэлектроника |
2022: Анонс разработки технологии групповой обработки кварцевых и кремниевых микрокомпонентов для акселерометров и гироскопов
18 апреля 2022 года компания «Российские космические системы» сообщила о разработке технологии групповой обработки кварцевых и кремниевых микрокомпонентов для акселерометров и гироскопов – важнейших изделий для навигации и управления космической и авиационной техникой.
По информации компании, задача навигации, определения местоположения объекта относительно опорной системы координат решается со времен, как человек отправился в путь. Пройденное расстояние и местоположение вычислялись при помощи инструментов, например, секстанта и простейших вычислений. Эра авиации и космонавтики сделала возможным решать задачу инерциальной навигации – навигации относительно инерциальной системы координат – автоматически с помощью бортовых систем.
За более чем полвека инерциальные навигационные системы претерпели колоссальные изменения: от 80-килограммовых гиростабилизированных платформ (ГСП) до бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) весом в десятки килограммов. Системы вычисляют навигационное решение на основании сигналов датчиков угловых скоростей и акселерометров. В качестве датчиков угловой скорости используются двухстепенные, динамически настраиваемые, лазерные, волоконно-оптические и волновые гироскопы. Для измерений кажущегося ускорения применяются гироскопические интеграторы линейных ускорений, маятниковые и кварцевые акселерометры. Если в ГСП сама платформа является аналоговым интегратором, то в БИНС задача решается с помощью цифровых вычислителей.
Приборы с такими массами и габаритами не могут устанавливаться на миниатюрных изделиях, таких как квадрокоптер, малый космический аппарат, космический аппарат типа CubeSat. Впрочем, даже для автомобиля такие приборы переразмерены. Для таких объектов необходимы соответствующие решения – компактные, небольшой массы и с надлежащей степенью автономности.
Для миниатюрных изделий, где в пользу массы допустимо загрубить точность информации, развивается направление микромеханических гироскопов и приборов на их основе. Микромеханический гироскоп размером со спичечный коробок обеспечивает изделия измерениями угловой скорости и кажущегося ускорения. Однако, как и остальные гироскопы, микромеханический гироскоп является высокотехнологичным изделием, производство которого сопряжено с рядом трудностей.
Технологии производства микромеханических гироскопов схожи с технологиями производства электрорадиоизделий, мировые топологические нормы уже достигли уровня в 0,35 микрометров. В 2022 году при высоком спросе на миниатюрные инерциальные датчики наблюдаются трудности при разработке технологий изготовления и дефицит серийных производителей чувствительных элементов. Ряд российских предприятий в этой нише индивидуально производит такие микрокомпоненты, однако каждое изделие имеет свои геометрические размеры, их надо потом дорабатывать и трудоемко доводить до необходимых в космосе стандартов.
В ответ на эту проблему в РКС разработали групповые технологии, когда на одной пластине изготавливаются чувствительные элементы с одинаковой геометрией. Серийное производство позволит отойти от практики поштучного «ручного» изготовления. Ключевая особенность разработанных в РКС методов заключается в оптимизации точности и повторяемости геометрических размеров объемных микроструктур.
 | ТВ РКС развивают и оптимизируют эту технологию с 2007 года. Мы применяем процессы микроэлектронного производства: формирование тонкопленочных диэлектрических и проводящих слоев, фотолитографию, жидкостное и плазмохимическое селективное травление и другие. Для создания чувствительных элементов используются материалы, изготовленные в России. Андрей КОРПУХИН, заместитель руководителя отдела разработки микромеханических систем РКС |  |
Запуск производства показал, что выход годных микрокомпонентов, соответствующих конструкторской документации, достигает 70%, тогда как при других методах эти показатели не превышают и 30%. Благодаря применяемым в РКС технологиям достигнута точность кремниевых элементов микроэлектромеханической системы акселерометров и гироскопов до 1 микрометра и оптимизирована точность микрообработки кварцевых чувствительных элементов в 5 раз по сравнению с традиционными технологиями.
Акселерометры и гироскопы будут точными и малогабаритными – снизятся вес и энергопотребление спутников. Достигнутые параметры открывают возможности для их эксплуатации в жестких условиях открытого космоса. Эти устройства будут применяться в системах управления и автономной навигации ракет-носителей, на орбитальных аппаратах, межпланетных и спускаемых модулях. В будущем они станут основой гироскопов и акселерометров перспективных космических аппаратов – от кубсатов до межпланетных станций.
Технологичные микрокомпоненты имеют большой коммерческий потенциал, так как получили распространение в некосмических сферах. Например, их также применяют при бурении нефтяных скважин, в транспорте, авиации, воздушных, наземных беспилотных системах, промышленной технике и различных портативных устройствах. Точность изготовления позволит использовать их в приборах навигационного класса и более широком сегменте high-end техники.
Математическая обработка информации микромеханических гироскопов, приемника сигналов систем спутниковой навигации и звездных датчиков позволяет определять навигационные параметры с надлежащей точностью, которая необходима для работы системы управления движением космических аппаратов. Решение РКС объединяет вычислительную систему на кристалле, совмещенную с навигационным приемником, микромеханическими гироскопами и информацией от звездных датчиков – такая миниатюрная система с совместной обработкой первичной информации и методами фильтрации обеспечит комплексное решение навигационной задачи.
