مقدمة

محركات وأجهزة تحكم مقاومة للإشعاع هي منتجات مصممة خصيصًا للعمل بكفاءة في بيئات عالية الإشعاع: الفضاء (الأقمار الصناعية، مركبات الإطلاق، المسابر الكوكبية)، محطات الطاقة النووية، فيزياء الطاقة العالية/مسرعات الجسيمات، وأنظمة الدفاع. يجب أن تتحمل هذه الأجهزة جرعة التأين الكلية (TID)، وتأثيرات الحدث الواحد (SEE)، وتلف الإزاحة، وأن تحافظ على أدائها في درجات الحرارة القصوى، والفراغ، وما إلى ذلك.

من المتوقع أن يصل حجم سوق وحدات التحكم في المحركات ومحركات المحركات المقاومة للإشعاع إلى 111.38 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2031 من 84.95 مليون دولار أمريكي في عام 2023. ومن المتوقع أن ينمو السوق بمعدل نمو سنوي مركب قدره 3.4٪ خلال الفترة المتوقعة من 2023 إلى 2031.

القطاعات الرئيسية

حسب النوع

وحدة تحكم المحرك

محرك الدفع

بواسطة محرك السيارات

محرك التيار المتردد

محرك التيار المستمر

مركز تطوير الأعمال الصغيرة

حسب الطلب

استكشاف الفضاء

الجيش والدفاع

محطات الطاقة النووية

احصل على تقرير العينة: https://www.theinsightpartners.com/sample/TIPRE00039370

محركات واستراتيجيات نمو السوق

استكشاف الفضاء المتنامي والفضاء التجاري

إن الاستخدام المتزايد لمجموعات الأقمار الصناعية، ومهمات القمر، ومهام المريخ، ومسبارات "الفضاء العميق"، ومصنعي مركبات الإطلاق التجارية، وبرامج الفضاء في القطاع الخاص، يتطلب المزيد من وحدات التحكم في المحركات الأكثر مقاومة للإشعاع، والأخف وزناً، والأكثر إحكاما.

الاستثمارات والتحديث في الطاقة النووية

إن تجديد محطات الطاقة النووية القديمة، وبناء مفاعلات نووية صغيرة، وأتمتة الصيانة في المناطق ذات الإشعاع العالي تؤدي إلى زيادة الطلب على محركات الأقراص الصلبة الإشعاعية.

احتياجات الدفاع والأمن القومي

تتطلب الأنظمة التي يتعين عليها العمل في بيئات ذات تهديدات نووية أو إشعاعية مثل هذه المكونات المقواة.

التصغير، قضايا SWaP (الحجم، الوزن، الطاقة)

وفي الأقمار الصناعية على وجه الخصوص، هناك حاجة ماسة إلى وضع المزيد من الوظائف في عدد أقل من الرقائق أو الوحدات، مما يؤدي إلى توفير الكتلة وتحسين الموثوقية.

التطورات في تكنولوجيا المواد وأشباه الموصلات

استخدام السيليكون على العازل (SOI)، والتصميمات المقاومة للأخطاء، والتغليف المتقدم، وGaN FETs، وأجهزة استشعار ردود الفعل المحسنة، وما إلى ذلك.

الاتجاهات المستقبلية

حلول الشريحة الفردية المتكاملة للغاية

لتقليل معامل SWaP، يجمع المصممون وظائف متعددة، مثل التحكم في المحرك، واستشعار الموقع، والتغذية الراجعة، وإلكترونيات القيادة، في دائرة متكاملة واحدة. على سبيل المثال، تدمج رقاقة LX7720 من Microchip معظم وظائف التحكم في المحرك واستشعار الموقع في دائرة متكاملة واحدة مُقوّاة ضد الإشعاع، تعمل بإشارات مختلطة، وتُستخدم في تطبيقات الأقمار الصناعية.

مستويات أعلى من تحمل الإشعاع والتأهيل

تعمل الصناعة على تعزيز قدرات TID (مئات الكراد، MGy)، وتحسين مقاومة SEE، والتغليف المحكم والمتين. كما تتوفر أجهزة أكثر مقاومة للإشعاع مُغلّفة بالبلاستيك لتطبيقات أقل تطلبًا ولكنها بالغة الأهمية (الأقمار الصناعية الصغيرة، إلخ) بتكلفة أقل. وقد وفّرت رينيساس مشغلات GaN FET ووحدات تحكم PWM مقاومة للإشعاع مُغلّفة بالبلاستيك.

استخدام GaN FETs والأجهزة الفعالة

لزيادة الكفاءة، وتسريع التبديل، وتقليل عوامل الشكل، تتزايد أهمية أجهزة GaN المزودة بمحركات Rad Hard Drivers. محركات GaN من Renesas ليست سوى مثال واحد.

اللاعبون الرئيسيون والتطورات الأخيرة

شركة مايكروشيب تكنولوجي

وحدة تحكم المحرك LX7720 المُقوّاة ضد الإشعاع: طرحت شركة مايكروشيب وحدة تحكم المحرك LX7720، وهي وحدة تحكم متكاملة عالية التكامل تعمل بإشارات مختلطة، تُستخدم في الأقمار الصناعية. تتضمن ميزات مثل مُشغلات MOSFET متعددة (جسور نصفية)، ومستشعرات تيار تفاضلية، ومُشغل محول مُحلل، ومدخلات استشعار المُحلل، ومفاتيح حدية، وغيرها. وهي مُؤهلة لجرعة تأين إجمالية (TID) تبلغ 100 كراد، ومعامل ELDRS يبلغ 50 كراد، وهي مُحصنة ضد الأحداث الفردية.

عائلة MOSFET ذات القدرة الصلبة للإشعاع (سلسلة JANS/JANSF): أنهت شركة Microchip مجموعة MOSFET ذات القدرة الصلبة للإشعاع في أبريل 2025 وفقًا لمعيار MIL PRF 19500/746. ومن الأجهزة المثيرة للاهتمام JANSF2N8587U3 (MOSFET بقناة N 100 فولت) المؤهل لـ 300 krad (Si) TID. تشمل هذه العائلة أجهزة تتراوح من حوالي 100 إلى 250 فولت (عند TID أقل) إلى تصنيفات TID أعلى. يمكن استخدام هذه MOSFETs في مراحل التشغيل/التحكم المسبقة للمحركات، ومحولات التيار المستمر، وغيرها.

شركة ماكون المحدودة وشركاه

محركات خطوية مُقوّاة ضد الإشعاع: تُصنّع هذه الشركة محركات خطوية للاستخدام في البيئات المُشععة (مثل محطات الطاقة النووية والتطبيقات العلمية). تتوفر هذه المحركات مع أو بدون تغذية راجعة للمحلل (تشغيل بحلقة مفتوحة أو مغلقة). صُممت المكونات غير المعدنية ومستشعرات التغذية الراجعة خصيصًا لمقاومة التلف الناتج عن أشعة جاما   أو أنواع أخرى من الإشعاع.

تقنية الدفع لتلسكوب ماجلان العملاق (GMT): في أوائل عام ٢٠٢٤، حصلت شركة MACCON على عقد لتوريد محركات المحور الرئيسية لتلسكوب ماجلان العملاق (السمت والارتفاع). هذه التطورات تعتمد على الدفع المباشر وبدون تروس، وقد استغرقت سنوات حتى أُنجزت. على الرغم من أن جميع "وحدات التحكم في المحركات المقاومة للإشعاعات" لا تُعتبر بالضرورة جميعها، إلا أن بيئة تشغيل التلسكوب (مثل الارتفاعات العالية، واحتمالية الأشعة الكونية) ومتطلبات الدقة تدفعان نحو موثوقية ميكانيكية وإلكترونية عالية للغاية.

شركة رينيساس للإلكترونيات

مُشغِّلات MOSFET نصف الجسر IS 2100AEH / IS 2100ARH: هي دوائر متكاملة لمُشغِّل MOSFET نصف جسر بقناة N بجهد 130 فولت للترددات العالية. مُقوَّاة بالإشعاع، مع TID يصل إلى 300 كيلو راد (Si)، ومُؤهَّلة لاختبار QML (MIL PRF 38535)، ومُحصَّنة ضد التزحلق، وحماية SEU. تُستخدم في مراحل تشغيل محركات التيار المستمر وأحمال التبديل الاستقرائي الأخرى في الفضاء.

ISL71441SLHMRZ مُشغِّل نصف جسر GaN: مُشغِّل نصف جسر GaN FET بجهد 12 فولت لتحويل تيار مستمر/تيار مستمر بكفاءة عالية، ويمكن استخدامه أيضًا في الواجهات الأمامية لمحركات الأقراص. يدعم مُشغِّل GaN FET لتحسين الكفاءة، إلخ.

ISL72814SEH مُشغِّل تيار ذو 16 قناة: مُشغِّل تيار ثابت مزود بفك تشفير مدمج لتطبيقات التحكم بالأقمار الصناعية والقياس عن بُعد. يُصدر نبضات تيار خرج لتبديل الترددات الراديوية، والملفات اللولبية، والمرحلات، والمحركات (مثل ألواح الطاقة الشمسية القابلة للإمالة)، وغيرها. يُساعد في تقليل المساحة/المساحة الإجمالية من خلال دمج عدة وظائف في دائرة متكاملة واحدة.

فرص

"مساحة جديدة" / طفرة الأقمار الصناعية الصغيرة

تحتاج معظم الشركات التي تنشر مجموعات من الأقمار الصناعية الصغيرة إلى محركات/وحدات تحكم موثوقة ومنخفضة التكلفة ومقاومة للإشعاع. هناك مجال للاختلاف من حيث التكلفة والتكامل وخفة الوزن وكفاءة الطاقة.

مرافق البحث العلمي

تتطلب مسرعات الجسيمات ومفاعلات الاندماج والتجارب الفيزيائية الكبيرة (ITER وما إلى ذلك) حركة دقيقة تحت الإشعاع.

منتجات مخصصة / مصممة خصيصًا

معظم التطبيقات لها احتياجات محددة (عزم الدوران، ردود الفعل، عمر الخدمة، جرعة الإشعاع وما إلى ذلك) لذا فإن التخصيص أمر موضع تقدير.

تحسين عمليات وتغليف أشباه الموصلات

استخدام التقنيات الأحدث، والتصنيع المحسن (SOI، GaN، وما إلى ذلك)، والتعبئة المحكمة، وعمليات التأهيل لتحسين الأداء وخفض التكلفة.

التحديات / القيود

تكاليف عالية للتطوير والتأهيل ووقت طويل لطرح المنتج في السوق.

مكونات باهظة الثمن، وخاصة بالنسبة لمواصفات TID/SEE العالية، والتغليف المحكم.

قيود سلسلة التوريد، وعدد قليل من مصانع أشباه الموصلات ذات القدرة الصلبة للراديو.

المقاومة في بعض الأسواق التجارية لدفع أقساط التأمين ما لم تكن هناك حاجة واضحة لذلك.

الاتجاهات المستقبلية

حلول متكاملة بشكل متزايد مع المحرك والسائق والتغذية الراجعة والتحكم مجتمعة في وحدات فردية أو دوائر متكاملة.

السائقون الذين يستخدمون أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض (GaN، SiC) لتحقيق كفاءة أكبر وكثافة طاقة، مؤهلون لبيئة الإشعاع.

خوارزميات التحكم التكيفية/الذكاء الاصطناعي المضمنة لتتبع التدهور الناجم عن الإشعاع وتكييف العمليات.

هندسة محركات معيارية وقابلة للتطوير لدعم أنظمة الطاقة / عزم الدوران المتعددة.

خاتمة

من المتوقع أن يشهد سوق وحدات التحكم والمحركات المقاومة للإشعاع نموًا قويًا خلال العقد المقبل. وتساهم عوامل مثل تنامي مهام الفضاء، والاستثمار في الصناعة النووية، واحتياجات الدفاع، والطلب المتزايد على "الفضاء الجديد" في زيادة الطلب على محركات محركات مقاومة للإشعاع، تتسم بالكفاءة والمتانة والموثوقية.

ومع ذلك، فإن التحديات المتعلقة بالتكلفة والتأهيل وسلسلة التوريد والتقدم التكنولوجي السريع تتطلب من الشركات أن تظل مركزة على البحث والتطوير والشراكات والتأهيل وتلبية متطلبات حالات الاستخدام الفعلية.

الأسئلة الشائعة

ما هو الفرق بين "المقاوم للإشعاع" و "المقاوم للإشعاع"؟

يُشير مصطلح "مُقسّى بالإشعاع" عمومًا إلى تصميمٍ وموادٍ وتغليفٍ مُحكمٍ للغاية، ومؤهلاتٍ لتحمل جرعاتٍ عالية (TID عالية)، ومقاومةٍ عاليةٍ لـ SEE، وتغليفٍ مُحكمٍ أحيانًا. قد يكون "مُقاوِم الإشعاع" أقل تحمّلًا (TID أقل، بيئة إشعاع أقل قسوة)، وربما أقل تكلفةً، وربما تغليفًا بلاستيكيًا، إلخ.

ما مقدار الإشعاع الذي يجب أن تكون هذه الأجهزة قادرة على تحمله؟

يعتمد ذلك على التطبيق. قد تتطلب مهمات الفضاء طاقة ٥٠-٣٠٠ كراد (سيليكون) أو أعلى، وقد تصل أحيانًا إلى مستويات MGy لبعض الأجزاء الميكانيكية. بعض المحركات (مثل محركات MACCON) مؤهلة لطاقة أكبر من ٣٠ MGy.

ما هي أنواع المحركات الشائعة المستخدمة مع وحدات التحكم الصلبة Rad؟

محركات متدرجة، محركات تيار مستمر بدون فرش، محركات تيار مستمر بفرش، محركات هجينة. أحيانًا مع حلقات تغذية راجعة مثل المُحلِّلات أو المُشفِّرات الضوئية (لكن الضوئية أكثر حساسية للإشعاع). يُحسِّن التحكم في الحلقة المغلقة الدقة.

لماذا التغليف المحكم ضروري؟

يحمي الختم المحكم من التلوث والماء وانبعاث الغازات، ويضمن استقرار الظروف الداخلية. كما أنه مفيد في درجات الحرارة القصوى والفراغ، ويعزز الموثوقية تحت الإشعاع.

كيف تقوم الشركات بتأهيل وحدات التحكم/المحركات للإشعاع؟

تُختبر هذه المركبات من حيث الجرعة التأينية الكلية (TID)، وأضرار الإزاحة، واضطرابات الأحداث الفردية، وحالات الالتصاق، وغيرها. كما أنها تتوافق مع المعايير العسكرية أو معايير الفضاء (مثل MIL PRF وQML وغيرها من المعايير الخاصة بالوكالات). تُجرى الاختبارات في مختبرات مُسرّعة، بالإضافة إلى التحقق من صحة المهمة.