低地球軌道衛(wèi)星的電連接器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為低地球軌道設(shè)計(jì)連接器

發(fā)射的絕大多數(shù)衛(wèi)星，無(wú)論其大小，都打算在低地球軌道（LEO）上運(yùn)行。有些現(xiàn)在甚至繞火星運(yùn)行。低地球軌道衛(wèi)星中使用的許多部件都是現(xiàn)成的商品。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，它們可以免受極端空間的影響，但有些條件會(huì)帶來(lái)特定的挑戰(zhàn)，在選擇組件時(shí)必須考慮到這些條件。

克服不熟悉的挑戰(zhàn)

太空確實(shí)是一個(gè)新的領(lǐng)域，就像所有勇敢開(kāi)辟第一條道路的先驅(qū)者一樣，那些冒險(xiǎn)的人必須不斷適應(yīng)和創(chuàng)新，以克服不熟悉的挑戰(zhàn)。盡管現(xiàn)在我們已經(jīng)有幾十年的太空飛行和探索，但仍有許多新進(jìn)入該行業(yè)的例子將首次體驗(yàn)這一切。

例如，目前對(duì)太空商業(yè)化的巨額私人投資。這當(dāng)然包括旅游業(yè)，但在不久的將來(lái)，它在規(guī)模、功能和預(yù)期壽命方面包括衛(wèi)星的更大多樣性?，F(xiàn)在，將人造物體送入地球軌道比以往任何時(shí)候都更容易、更便宜，并且正在創(chuàng)建越來(lái)越多的服務(wù)來(lái)利用這一點(diǎn)。

這些是復(fù)雜的系統(tǒng)，需要針對(duì)尺寸和重量進(jìn)行優(yōu)化，以保持盡可能低的成本。但它們?nèi)匀皇窍到y(tǒng)，使用需要組裝和連接的組件構(gòu)建。多年來(lái)，“芯片衛(wèi)星”概念背后的勢(shì)頭一直在建立，但尚未實(shí)現(xiàn)。然而，衛(wèi)星的尺寸繼續(xù)縮小，微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星、微微衛(wèi)星甚至毫微衛(wèi)星。但即使是最小的設(shè)備的例子仍然包含多個(gè)組件。只有兩個(gè)組件的衛(wèi)星仍然需要某種形式的互連。這意味著為空間設(shè)計(jì)的連接器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

發(fā)射的絕大多數(shù)衛(wèi)星，無(wú)論其大小，都打算在低地球軌道（LEO）上運(yùn)行。有些現(xiàn)在甚至繞火星運(yùn)行。這里的重點(diǎn)是，雖然它們沒(méi)有與深空的嚴(yán)酷作斗爭(zhēng)，但它們?nèi)匀槐┞对谂c表面任何環(huán)境都不同的環(huán)境中。LEO中的物體每天在地球上運(yùn)行超過(guò)11，000圈，在挑戰(zhàn)任何物體的條件下。盡管如此，LEO衛(wèi)星中使用的許多組件都是現(xiàn)成的商品。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，它們可以免受極端空間的影響，但有些條件會(huì)帶來(lái)特定的挑戰(zhàn)，在選擇組件時(shí)必須考慮到這些條件。

太空的真空

空間真空產(chǎn)生的極低壓力導(dǎo)致材料中捕獲的任何蒸汽都被排出。這個(gè)過(guò)程被稱為釋氣，也可以將化合物釋放到封閉區(qū)域，例如衛(wèi)星內(nèi)部。如果這些化合物揮發(fā)性或以揮發(fā)性方式與其他化合物發(fā)生反應(yīng)，則可能會(huì)構(gòu)成威脅。

如果蒸汽聚集在傳感器或光伏材料等關(guān)鍵部件的表面上，除氣會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞或故障。蒸氣也可能以在組件、連接器或引線之間產(chǎn)生短路的方式聚集。

因此，除氣被極其重視。NASA維護(hù)著一個(gè)材料數(shù)據(jù)庫(kù)，以總質(zhì)量損失（TML%）和收集的揮發(fā)性可冷凝材料（CVCM%）記錄其除氣特性。ASTM（美國(guó)測(cè)試與材料協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)E1559（航天器材料除氣特性污染的測(cè)試方法）和E595（真空環(huán)境中除氣的總質(zhì)量損失和收集的揮發(fā)物可冷凝材料的測(cè)試方法）定義了測(cè)量方法。

美國(guó)宇航局發(fā)布了空間站外部污染要求SSP 30426，其中定義了分子沉積和顆粒釋放的極限。為了符合要求，材料應(yīng)滿足 1.0% 的 TML 和/或 0.1% 的 CVCM。那些容易釋氣的材料通常是化學(xué)衍生的，例如復(fù)合材料。這些材料在連接器的設(shè)計(jì)中很常見(jiàn)，因?yàn)樗鼈円脖憩F(xiàn)出良好的電阻，使其成為理想的電絕緣體。打算對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行太空飛行認(rèn)證的連接器制造商必須證明符合這些標(biāo)準(zhǔn)。

腐蝕性氧氣

太空中的任何材料都可能發(fā)現(xiàn)自己暴露在腐蝕性氧化劑原子氧（AO）中。這是當(dāng)氧氣與紫外線輻射反應(yīng)時(shí)形成的。氧中的單個(gè)原子與分子鍵。在我們的大氣中，反應(yīng)不會(huì)持續(xù)，但在太空中，豐富的紫外線輻射使其更具可持續(xù)性。在LEO中，96%的氧氣以原子形式存在。

金屬和塑料會(huì)受到AO的影響。特別是，AO影響任何含有碳，氮，硫的氫鍵的聚合物。如果在聚合物中使用氟，則反應(yīng)會(huì)隨著長(zhǎng)時(shí)間暴露于AO而增加。

PTFE通常用作電線的絕緣體，當(dāng)AO存在并暴露于紫外線時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。具有ETFE絕緣的電線在空間應(yīng)用中是首選，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫慕殡娦阅懿⑶夷蜔嶙兓?。然而，由于?yáng)光是紫外線輻射的重要來(lái)源，因此在LEO應(yīng)用中，ETFE涂層電線不應(yīng)暴露在陽(yáng)光下。連接器制造商需要開(kāi)發(fā)能夠針對(duì)AO的存在提供一些保護(hù)的解決方案。

紫外線輻射的威脅

由于太空中沒(méi)有大氣層可以抵御太陽(yáng)的紫外線輻射，因此其影響要極端得多。它對(duì)塑料尤其有害，例如在連接器中用作絕緣體的塑料。

暴露于紫外線輻射會(huì)影響聚合物，改變其機(jī)械結(jié)構(gòu)。這可能表現(xiàn)為硬化（交聯(lián)）或弱化（斷鏈）?？梢栽诰酆衔镏幸胩砑觿┮詼p少影響，但通常在LEO應(yīng)用中應(yīng)盡量減少在暴露于紫外線輻射的區(qū)域使用連接器。

其他極端情況

在太空中發(fā)現(xiàn)的溫度變化比在地球表面發(fā)現(xiàn)的溫度變化要極端得多。同樣，這是由于缺乏擴(kuò)散大氣層以及物體是否暴露或隱藏在太陽(yáng)輻射之外。如果物體同時(shí)經(jīng)歷兩者，由于其軌道，溫度變化將取決于材料的熱吸收或輻射特性，但可能超過(guò)200°C。

這里的一個(gè)重要參數(shù)是熱膨脹系數(shù)（CTE），所有材料都具有熱膨脹系數(shù)。主要問(wèn)題是并非所有材料都具有相同的 CTE，這意味著同一組件中的兩種材料之間可能存在不匹配。當(dāng)物體在極端溫度下循環(huán)時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致不同的CTE速率造成的損壞。

帶電粒子輻射是太空中存在的另一種威脅，主要來(lái)源是銀河宇宙射線、太陽(yáng)質(zhì)子事件和被困輻射帶。一般來(lái)說(shuō)，AO和UV將是組件制造商的主要考慮因素，但這表明必須考慮許多方面。

專為太空設(shè)計(jì)

六十多年來(lái)，人類一直在向太空發(fā)送人造物體，因此現(xiàn)在有許多組件被認(rèn)為是太空就緒的也就不足為奇了。在1970年代，NASA制定了技術(shù)準(zhǔn)備等級(jí)（TRL），組件的等級(jí)從1到9。TRL 9 級(jí)表示技術(shù)成熟度的最高水平，定義為在成功任務(wù)中“經(jīng)過(guò)戰(zhàn)斗驗(yàn)證”。自2008年以來(lái)，歐洲航天局也一直在使用TRL，九個(gè)級(jí)別中的每一個(gè)都有自己略有不同但非常相似的定義。

在Cinch Connectivity Solutions中，滿足最苛刻的應(yīng)用需求的傳統(tǒng)。例如，其CIN：：APSE無(wú)焊互連技術(shù)被認(rèn)證為T(mén)RL 9。該公司于1970年代開(kāi)始為航天工業(yè)供貨，此后每十年繼續(xù)這樣做。它已經(jīng)在為計(jì)劃在本世紀(jì)2020年代之后的任務(wù)制定解決方案。

其專業(yè)知識(shí)涵蓋該行業(yè)的所有領(lǐng)域，從LEO衛(wèi)星，地球同步軌道和中地球軌道（MEO）衛(wèi)星，以及地面支持系統(tǒng)和發(fā)射器。這包括 D 形 MIL-DTL-83513 連接器、MIL-DTL-1553B 解決方案和 QPS（空間合格部件）組件，包括射頻衰減器。

除了作為NASA任務(wù)的主要供應(yīng)商外，Cinch 還幫助實(shí)現(xiàn)了阿聯(lián)酋火星任務(wù)、帕克太陽(yáng)探測(cè)器和 One Web 項(xiàng)目。在LEO應(yīng)用中，Cinch 提供用于觀測(cè)、通信、偵察和監(jiān)視應(yīng)用的組件，以及專為導(dǎo)航和電信設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

惡劣的環(huán)境和對(duì)優(yōu)質(zhì)采購(gòu)的需求

LEO設(shè)計(jì)可能需要系統(tǒng)持續(xù)超過(guò)30年。對(duì)于較小的衛(wèi)星，這可能沒(méi)有任何維護(hù)。確保所選組件能夠長(zhǎng)時(shí)間承受從AO到紫外線和極端溫度的惡劣環(huán)境，對(duì)于任務(wù)的成功至關(guān)重要。

最近的事態(tài)發(fā)展表明，我們?nèi)蕴幱诳臻g探索的開(kāi)始階段。由于私人投資和對(duì)LEO應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的整體需求增加，發(fā)展步伐正在加快。

現(xiàn)在，越來(lái)越多的制造商看到了開(kāi)發(fā)供應(yīng)鏈的價(jià)值，該供應(yīng)鏈由能夠在該領(lǐng)域提供卓越服務(wù)的悠久傳統(tǒng)的公司組成。100多年來(lái)，Cinch Connectivity Solutions一直生產(chǎn)高質(zhì)量和可靠的高性能連接器和電纜組件。Cinch 被公認(rèn)為射頻、光纖、混合、微波組件、圓形、D 超小型、模塊化矩形、電子外殼和電纜組件的世界級(jí)連接供應(yīng)商。

Cinch 為軍事、商業(yè)航空航天、網(wǎng)絡(luò)、電信、測(cè)試和測(cè)量、石油和天然氣以及其他惡劣環(huán)境行業(yè)提供創(chuàng)新解決方案。在 Bel 系列解決方案中，我們的目標(biāo)是超越客戶的期望，并不斷提供創(chuàng)新的解決方案，以滿足我們所服務(wù)的市場(chǎng)和客戶快速變化的需求。

審核編輯：郭婷