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[导读]为了解决新太空卫星设计人员所面临的独特挑战,选择商用连接器时需要考虑的要素。

近年来,随着私营企业不断扩大其在从太空旅游到商业通信和资产追踪等潜在利润丰厚的业务领域的影响力,所谓的 "新太空 "应用市场开始出现并迅速增长。根据市

场情报公司Euroconsult 的数据,这一市场去年增长了 8%,预计在十年内将达到 7370 亿美元。其中大部分增长将来自于部署许多新兴天基服务所需的卫星。

由于运行环境的特殊性,卫星电子系统给工程师们带来了比开发地球应用系统时更多的挑战。其中包括在真空和极端温度下运行、防辐射以及必须提供可靠运行多年的稳定的解决方案。

虽然已经制定了许多标准来认证太空级组件的可靠运行,但按照这些标准进行认证通常是一个漫长而昂贵的过程。这与当今新太空卫星设计人员所面临的压力格格不入,他们需要优化性能,尽量缩短产品上市时间,以保持竞争优势,确保商业可行性。当然,这些设计人员仍然必然选择符合相关太空应用标准测试的·产品,但他并不一定希望只能选择那些获得官方认证的产品,因为这

可能会导致成本过高,同时也会限制他们获得最新的创新技术。

选择连接器的注意事项

连接器和电缆是电路中体积较大的单个元件(因此需要满足严格的尺寸和重量标准),在卫星应用中创建稳健的系统架构所面临的挑战尤为严峻。随着工程师在卫星设计中越来越多地寻求采用 "现成 "的互连技术,了解在阅读数据手册或与连接器制造商沟通时需要考虑哪些标准就显得尤为重要。

连接器在卫星应用中的潜在应用

由于没有大气层,卫星在真空中运行,卫星设计人员面临着在地球上进行设计的同行们通常不必考虑的问题。以太空中产生的高能带电 X 射线和伽马射线为例,由于这些粒子会导致电子系统性能下降或失效,因此必须选择或开发能屏蔽宇宙辐射的解决方案。这可能意味着要有能屏蔽辐射的导电外壳,以及能将辐射对整个系统的影响降至最低的屏蔽电缆。

但宇宙射线并不是唯一值得关注的辐射。卫星在阳光直射下的热辐射影响,以及卫星旋转时发生的热循环也应考虑在内,这使得卫星外部或附近的任何电子设备持续处于极热和极冷的条件下。事实上,在面向太阳和面向地球之间,卫星的温度变化可能超过 400 °C。因此,对所选连接器和电缆的最高和最低额定温度进行评估至关重要,在某些情况下,这可能意味着要与供应商沟通,指定额外的测试,以评在极端温度下的运行寿命。

另一个特别值得关注的问题则是排气。这种情况也称为脱气,是指在没有大气的情况下,连接器和电缆组件中使用的塑料和其他材料会缓慢释放出挥发性化合物气体或蒸汽,进而影响设备的运行。过去,这一问题曾导致太空探测器中的电荷耦合器件 (CCD) 传感器性能下降,并在释放的气体凝结在相机镜头等其他系统组件上时影响相机性能,从而影响其性能或使其无法使用。因此,在选择连接器和电缆时,必须检查排气的最大值。

为卫星应用选择连接器时要考虑的一个基本方面是可靠性,确保该技术不仅能承受发射时的严酷考验,而且还能按预期运行多年,而无需进行任何 "现场"维修。这意味着要仔细审查连接器的规格,看其是否能够承受加速、冲击和振动,并酌情增加额外的固定装置或锁扣。

最后,所谓的 "SWaP-C "压力意味着,最大限度地减小尺寸和重量对地面和天基应用的设计人员来说都是一个挑战。然而,当涉及到卫星应用时,其重要性尤为突出,因为每一块额外的电路板空间和每一盎司的额外重量都可能对成本产生直接影响。这就意味着,在性能和可靠性达到一定等级的情况下,花时间确定最小、最轻的连接器解决方案可以带来收益。

商业解决方案

好消息是,商业互连技术的市场正在不断扩大,这些技术不仅适用于卫星部署的许多方面,而且越来越多地专门针对目标市场而设计,在性能和成本方面进行了优化,同时满足在太空成功运行所需的所有标准。

可广泛应用各种应用中,包括姿态控制系统、场发射电力推进(FEEP)模块和有效载荷相机。

例如,现在可以找到 COTS(现成商用)高可靠性 2 A 和 3 A、2 mm 和 1.25 mm 间距连接器,采用单排和双排配置,其额定振动高达20G,冲击高达100G,并能承受低至 -65 °C 和高至 150 °C 的温度。

这些连接器可提供插孔螺钉、先配后锁的不锈钢螺钉固定或微型闩锁,以实现完全抗振和最大应力释放,符合美国国家航空航天局(NASA)严格的排气规范,并为各种卫星电缆到板、板到板和电缆到电缆互连要求提供了外形小巧、重量轻的解决方案。因此,这些连接器被广泛应用于场发射电推进器(FEEP)推进器模块、姿态控制系统、跟踪和遥测以及机载计算等需要在全油门范围内进行精确、低噪音处理的应用中。

同样,在电源控制系统和伺服系统等大功率应用方面,卫星设计人员也有越来越多的选择。最先进的解决方案包括紧凑、高可靠性的 8.5 毫米间距连接器,其工作温度范围为 -65 °C 至 150 °C,采用屏蔽外壳,能够处理高达 60 A 的电流和 3,000 V 的电压,并能分别承受 20 G 和 100 G 的振动和冲击。

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