超越常规：半导体技术如何推动太空中的环境研究

自古以来，洞悉环境事件所带来的涟漪效应一直是人类面临的重大挑战。比如，松林中先经历了霜冻，接着一场带来暴雨的风暴锋面来袭，这种天气变化是如何导致数百英里外的一个港口突然涌入大量淤泥的？

在地面上，我们很难甚至不可能发现松林和港口之间的联系。然而，随着地球观测卫星的广泛应用，科学家和政策制定者现在可以从空中观察地球，从而揭示地质、气象与生态之间的相互关联。

“通过一张卫星图像，您或许能推断出一些信息。不过现在，我们可以每天，甚至更频繁地拍摄图像，”德州仪器航天和航空电子系统经理 Jason Clark 说道，“我们能够开始观察事物随时间的变化，并预测未来会发生什么。是否会有更多的地震？这个冰盖是会缩小还是扩大呢？”

影像技术助力创造美好未来

光学、雷达和红外成像技术能够从太空全面呈现环境状况。

“通过结合使用所有这些不同的太空传感器，我们能够重现一个更广阔、更清晰的世界视图景。”德州仪器航天与国防总监 Laura Mueller 说道。

光学成像使用相机捕捉天气、云层或地形的变化。而要穿透云层来观测地面，则需要用到雷达成像，雷达成像会使用更长的波长来穿透云层。不过，雷达成像的缺点是，穿透能力越强，其空间分辨率就会越低。

合成孔径雷达通过将电磁波发射到物体上并接收回波，克服了这一局限性。雷达天线的尺寸（即孔径）使得我们能够更精确地测量海平面或冰盖厚度等物体。

“通过利用卫星在轨道上的移动，我们可以创建一个有效长度为数千米的虚拟或合成孔径，而物理天线本身则小得多，”Jason 说道，“这样一来，无论天气条件如何，我们都能进行更为精准的观测。”

光学和雷达成像可以提供深度或厚度的测量信息，而高光谱或红外成像则可以帮助科学家理解大气及其中的成分，甚至可以重建土壤的化学成分。红外成像还能够监测温度的变化。

使用最新的航天级产品和类别打造可靠的卫星

许多塑造地球观测未来的成像技术都不是新技术。然而，难以满足数据处理需求，以及这些元件必须足够耐用以应对太空变化无常的环境，这些因素曾经限制了它们在商业和研究应用中的使用。

“在太空中开展任何工作都存在许多挑战，”Jason 说道，“我们需要设计和测试器件，来应对更高的辐射水平或温度波动，并确保器件能够长期可靠地运行，因为一旦进入轨道，硬件的维修就变得非常困难。”

在环境研究中，可靠性和耐用性尤其重要。要监测温度变化或地形的时间变化，需要采用能够适应这一研究所需时间跨度的材料和技术。

过去，这意味着卫星运营商必须依赖符合军用制造规范、被列入合格制造商列表 (QML) V 类的耐辐射元件。V 类元件采用陶瓷封装密封，能够抵御高辐射剂量以及释气现象，即太空中的温度波动导致塑料封装释放物质，从而影响传感器阵列的性能。

航天级 QML P 类元件也是耐辐射的新型航天器件，采用专用塑料封装，可满足最低释气要求。QML P 类元件尺寸更小，因此设计人员可以在卫星中封装更多元件，从而提升卫星的功能。 

耐辐射元件有助于满足地球同步轨道和中地球轨道中地球观测卫星的辐射和性能要求，并且经设计和测试，以确保能够在十多年的持续监测中保持可靠性。  

对于在近地轨道运行的卫星，增强型航天塑料等抗辐射元件经过量身定制，可满足较低的辐射要求、较短的任务持续时间和更大的卫星体积，同时提供经过测试的辐射性能，并采用成本优化型塑料封装。

“TI 提供多种不同的器件类别，帮助我们的客户平衡各种系统需求，”Laura 说道，“我们的产品旨在满足系统级的规格要求，并通过广泛的耐辐射和抗辐射器件来满足可靠性需求。”

这些类别和器件在现在和未来都非常重要。 

“地球的年龄已达数十亿年，而相比之下，人类对其测量的时间只是沧海一粟，”Jason 说道，“但通过与当今的科学家合作，我们能够为其未来的需求做好准备。”