航天器用低频电缆网设计案例

航天器的低频电缆网是航天器总体电路分系统的重要组成部分，其主要功能包括：

① 实现航天器各电子设备间供电与信号的传输。

② 为电子设备和“地”之间建立低阻抗电传导通路。

③ 提供航天器与运载火箭及与地面测试设备的电气接口。

④ 实施对航天器火工品、太阳电池阵驱动机构、蓄电池组等的安全保护。

本篇对某航天项目低频电缆网的设计过程进行简单介绍，以供参考。

一、电连接器的选择

电连接器选用的一般要求如下：

① 在选用电连接器时，根据所需传输电路的要求确定连接器的芯数。

② 根据实际使用需求，确定电连接器的工作电压、工作电流（额定电流），以及相关的电气性能，如接触电阻、绝缘电阻、耐电压等。

③ 同时考虑电连接器是否有抗干扰要求。

④ 根据电连接器所处系统的力学环境指标确定电连接器的振动、冲击、碰撞、加速度（离心）等指标要求。

根据航天产品的使用环境，本项目选用了以下电连接器。

（1）J30矩形电连接器

本项目主要采用了贵州航天电器厂（3419厂）生产的J36、J14和J30系列电连接器。J30系列电连接器（J14、J36电连接器外形与之类似，只是引脚间距等略有差别）包括J30（不带金属外壳，无锁紧装置）、J30J（带金属外壳，有锁紧装置）和J30JM（带金属外壳，有锁紧装置，有密封性）三种类型。

J36A矩形电连接器如图1所示。

图1 J36A矩形电连接器

J30系列电连接器采用了绞线式插针，使得单个接触件接触点达到7个，提高了接触的可靠性，同时采用了1.27mm网络，接触件密度更大，外形尺寸减小，质量轻。如J30J系列产品的芯数有9、15、21、25、31、37、51、66、74、100共10种型谱可供选用，如图2所示。J30电连接器主要技术特征如表1所示。

图2 J30J系列电连接器型谱排列

表1 J30电连接器主要技术特征

（2）Y27A系列圆形电连接器

Y27A系列圆形电连接器符合GJB 2905的标准要求，连接可靠，连接和分离方便、快捷，具有抗振动、防盐雾、防电磁干扰的性能，有防尘、防雨及气密性品种，广泛应用于航天、航空、船舶及通信领域。

Y27A系列圆形电连接器如图3所示。

图3 Y27A圆形电连接器

Y27A电连接器主要技术特征如表2所示。

表2 Y27A电连接器主要技术特征

（3）YF5圆形真空脱落分离电连接器

YF5圆形真空脱落分离电连接器采用“手轮”式连接方式，具有电磁分离和机械锁分离两种方式；采用焊接端接方式，具有良好的抗辐射和高真空性能；其插座界面采用双层绝缘板，具有防止高温火焰烧蚀功能。它适用于空间飞行器的部件与部件之间的电路连接和瞬间快速分离及其他各种武器型号系统之间的电气连接和瞬间分离。

YF5圆形真空脱落分离电连接器如图4所示。

图4 YF5圆形真空脱落分离电连接器

YF5圆形真空脱落分离电连接器主要技术特征如表3所示。

表3 YF5圆形真空脱落分离电连接器主要技术特征

二、 导线/电缆线的选择

选用航天用导线的一般要求如下：

① 导线抗辐射指标应满足航天器对应轨道的轨抗辐射要求。

② 导线护套材料在真空环境下应具有低挥发性，防止挥发物污染航天器光学镜头。

③ 不得使用聚氯乙烯绝缘的电缆线。

④ 导线根数一般都不少于19股，具有良好的柔软性和成束后的可弯曲性。

此外，导线载流能力是线径选择中最主要的考虑因素，其次是导线电压。导线载流能力与单根导线截面积、绝缘层的额定温度和电缆捆扎的导线数量有关。

根据航天产品的使用环境，导线/电缆线选用如下：

① 一次电源、二次电源供电线以双绞线为主，个别电磁兼容要求较高的单机采用双绞屏蔽线。

② 火工品供电线采用双绞屏蔽线，每段电缆屏蔽层两端接地。

③ 遥控指令、遥测信号线采用常规导线，统筹考虑可靠性及电缆网减重要求，遥测信号线以单点单线为主，重要遥控指令则采用双点双线传输。

④ 接收端为沿触发电路形式时采用屏蔽线，防止触发器因电磁干扰而误翻转。

⑤ 红外地球敏感器信号采用屏蔽线，并在整束电缆外加屏蔽层，屏蔽层两端接地。

⑥ RS422接口电缆使用双绞线，LVDS接口电缆使用匹配特性阻抗的双绞屏蔽线。某星用电缆网导线如表4所示。

表4 某星用电缆网导线

三、接线表设计

接线表设计主要根据电气互连关系的需要及IDS表进行设计，在设计过程中，注意接点的分配，充分考虑接点数量的冗余；双绞线应尽量分配到相邻的接点上等。形式上，接线表需给出不同电连接器的型号、代号、接点间的互连关系，所用的导线型号，以及接地极屏蔽点分配和电缆防护要求等。

某信号传输电缆线接线表如表5所示。

表5 电缆线接线表

四、电缆的分支设计

电缆的分支设计主要根据各分机或设备在整星上的安装位置而定，综合考虑信号有无隔离要求、空间是否允许、线束固定点位置、是否便于插拔等因素。

分支设计还应重点考虑电磁兼容性要求，尽量减少耦合干扰：电缆线束布局应使耦合最小化，尽可能减小信号和干扰对环境的辐射及电磁环境对电缆的影响，合理布线和隔离以抑制信号交叉干扰。其抗干扰性及电磁兼容性设计的主要措施有：对不同类型的低频电缆（功率电缆、信号电缆）分别绑扎成束；对易受干扰的信号电缆单独走线等。

分支结构设计最后需要形成分支结构图，以供后续生产使用。分支结构图中，需要注明电连接器型号、代号、分支点到连接器端头的长度等加工信息。

某星用电缆分支结构图如图5所示。

图5 某星用电缆分支结构图

五、电缆网结构搭接设计

结构搭接为整星结构及各仪器设备外壳提供辅助低阻回路（蜂窝板主要通路靠结构实现），并保证整星的各个部分（包括低频、高频设备和机械结构件等）保持在相同的电位上，以免电位不同而产生放电，损伤仪器设备或产生干扰。

电缆网主要采用搭接线实施结构搭接。接地是指将航天器基准地（航天器接地参考点）与区域地（仪器安装板上其他接地点）单机外壳、天线支架、太阳能电池阵等与航天器结构体之间进行电连接，把单机外壳、框架、支架等搭接起来，以保证它们等电位。

本项目结构搭接设计如下：

1）航天器设置一个基准地和若干区域地。

2）航天器基准地为位于分流器旁边的接地桩。

3）其他接地桩为区域地，与航天器基准地通过搭接线呈树形或星形连接。

4）接地桩之间连接不允许形成回路。

5）每台低频类单机引一根接地线就近连到接地桩，敏感型单机（如星敏感器等）的接地应避免与功率较大的单机（或射频单机）使用同一接地桩。

电缆网设计还包括星表插座设计、脱落分离插座设计和电缆网布局设计等，在这里不做进一步叙述，如需进一步了解可选阅相关书籍或文献。

六、电缆组装件制作工艺要求

除了工艺设计外，制造工艺也会对电缆组装件的可靠性产生较大影响。为保证可靠性，在电缆网制作过程中，应遵守以下工艺要求：

1）所有电连接器接壳引线和屏蔽引线均与线束绑扎在一起。

2）所有绑扎线接点均刷“三防漆”。

3）所有电连接器空点不搪锡，并且套透明热缩防护材料。

4）电连接器的镀金焊杯在焊接前应进行搪锡去金处理。

5）电缆上距电连接器尾罩根部6～7cm处贴电缆编号和电连接器编号，整体套透明热缩防护材料。

6）若线束直径小于5mm，可酌情在上述位置套有电连接器编号标识的热缩管。

7）为确保制作周期，线束绑扎可使用线绳或分段透明热缩材料（15mm），绑扎间距为150～200mm。

8）屏蔽皮接壳采取屏蔽皮压壳和引线接壳双保险方式。

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