經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：NASA 的基本電氣工程錯(cuò)誤

美國(guó)宇航局最近在國(guó)際空間站上的失誤是由于一個(gè)基本的工程錯(cuò)誤。

基本的工程錯(cuò)誤不是留給學(xué)生的。世界上一些最有成就的電氣工程師為 NASA 工作——有時(shí)他們會(huì)犯一些簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤。以下是 NASA 的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)計(jì)劃中的三個(gè)故事。

學(xué)習(xí)如何組裝基本的電子電路是每個(gè)新興電氣工程師都會(huì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。最難理解的一些概念包括組件極性、審查測(cè)試程序和防止靜電放電。在電氣工程師的學(xué)術(shù)生涯中，至少會(huì)發(fā)生一次錯(cuò)誤——至少一次——在項(xiàng)目板上組裝測(cè)試電路時(shí)，其中一個(gè)核心課程會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

至少我們相處得很好。美國(guó)國(guó)家航空航天局在他們所謂的“經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)計(jì)劃”中保留了一個(gè)在線(xiàn)存儲(chǔ)庫(kù)。所有人都可以看到，那里有一系列條目，詳細(xì)說(shuō)明了由反向電容器和靜電放電等錯(cuò)誤引起的問(wèn)題。這些微不足道的問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的失敗，從而導(dǎo)致?lián)p失巨額資金并破壞緊張的日程安排。

以下是 NASA 的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)文件中的一些電氣工程事故。

CALIPSO雪崩光電二極管探測(cè)器組件上的反向電容器極性

云氣溶膠激光雷達(dá)和紅外探路衛(wèi)星觀測(cè) (CALIPSO) 衛(wèi)星是 NASA 和 CNES（法國(guó)國(guó)家航天局）的聯(lián)合項(xiàng)目。它具備測(cè)量和收集地球氣候數(shù)據(jù)的能力。特別是，CALIPSO 監(jiān)測(cè)大氣中的云和氣溶膠，幫助科學(xué)家確定它們?cè)诘厍蛱鞖夂蜌夂虻恼w調(diào)節(jié)中所起的作用。

NASA 的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)存儲(chǔ)庫(kù)中的此條目來(lái)自 2006 年 7 月 30 日。在熱/真空測(cè)試期間，像反向電容器這樣簡(jiǎn)單的事情導(dǎo)致 CALIPSO 的雪崩光電二極管探測(cè)器組件出現(xiàn)故障。該錯(cuò)誤可追溯到設(shè)計(jì)圖紙，該圖紙表明鉭電容器的極性錯(cuò)誤。

鉭電容器是一種電解電容器，它取決于極性以獲得適當(dāng)?shù)男阅?。圖片由 caperguide.com提供。

該錯(cuò)誤導(dǎo)致了有效載荷的拆卸、APD 探測(cè)器的拆除以及因解體而造成的一些損壞的修復(fù)。當(dāng)有效載荷重新集成和校準(zhǔn)時(shí)，一些資格測(cè)試被跳過(guò)，以幫助最大限度地減少對(duì)進(jìn)度和成本的影響。

在經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)筆記中，建議僅在某些情況下使用極化電容器，因?yàn)楫?dāng)反向偏置不正確時(shí)，組件的壽命會(huì)縮短。應(yīng)將所有具有極性的組件編入目錄，以幫助進(jìn)行質(zhì)量保證跟蹤和檢查。

Magellan 電源控制單元上的反向電壓極性

麥哲倫宇宙飛船于 1989 年由美國(guó)宇航局****，作為探測(cè)金星表面并測(cè)量其引力場(chǎng)的探測(cè)器。

在航天器完成之前，美國(guó)宇航局的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)檔案中的一個(gè)條目詳細(xì)介紹了一名工程師在下班后在沒(méi)有適當(dāng)測(cè)試協(xié)議的情況下對(duì)麥哲倫動(dòng)力控制單元進(jìn)行測(cè)試。如果沒(méi)有質(zhì)量保證概述或測(cè)試程序，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤并在設(shè)備上施加反向電壓。

麥哲倫的部署。圖片由美國(guó)國(guó)家航空航天局提供。

電源控制單元是許多航天器系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，錯(cuò)誤導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷和電路損壞。最終，維修工作對(duì)航天器的****時(shí)間表沒(méi)有任何影響。

在經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)筆記中，有一條評(píng)論指出，在所有飛行硬件的測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)有足夠的人員在場(chǎng)，并概述適當(dāng)?shù)臏y(cè)試程序和質(zhì)量保證概述。

靜電放電：對(duì)硬件的威脅

在 NASA 的“經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)”檔案中的這個(gè)條目中，提出了一般性建議，即在 NASA 的“設(shè)計(jì)和測(cè)試可靠性首選實(shí)踐”文檔中考慮靜電放電對(duì)硬件造成的威脅和減輕損害。該條目列出了未能防止 ESD 導(dǎo)致或可能導(dǎo)致硬件損壞的各種示例。

在一個(gè)案例中，一條被拖過(guò)地板的接地帶與電源插座接觸，在火星探測(cè)車(chē)測(cè)試期間產(chǎn)生火花并熔化接地帶和電源連接器。教訓(xùn)是要求供應(yīng)商使用正確的 ESD 處理程序。

靜電放電損害放大。圖片由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室提供。

在另一個(gè)條目中，ESD 被確定為分立電容器積聚殘余電荷的原因。這導(dǎo)致集成電路損壞，并最終導(dǎo)致故障。建議學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)是，測(cè)試程序應(yīng)包括檢查組件的剩余電荷和從存儲(chǔ)到安裝的短路電容器，以幫助緩解此問(wèn)題。

所以，你看，新秀失誤并不僅僅留給新秀。有時(shí)，基本的教訓(xùn)會(huì)從裂縫中溜走并造成大問(wèn)題。