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    如何確定太空應用連接器

        作者:宏拓新軟件
        發布日期:2023-08-07         
    閱讀:25     
     
     

    太空應用是重大的工程挑戰。在選擇太空連接器時,評估風險和潛在問題是該過程中的一個重要組成部分。

    太空應用

    太空應用帶來了許多工程挑戰,而組件選擇過程的一個重要部分包括正確地選擇空間連接器。在為太空應用確定高可靠性的連接器和線纜組件之前,需要考慮許多因素。

    顯然,一旦進入太空,維修或更換零部件是不切實際的。因此,必須保證長期運行的可靠性,從而使故障風險保持在絕對的最低限度。需要同時從不同角度來解決惡劣環境的可靠性,并且確定太空連接器和布線涉及到對應用中涉及的屬性和已定義標準的透徹理解。如果不能有效地做到這一點,就有可能會在互聯技術上做出糟糕的決策,導致應用失敗,并浪費大量的人力和物力。

    機械魯棒性Mechanical robustness

    太空應用的硬件需要包括了解在發射期間施加在它們身上的沉重機械應力。即使在發射后,作為由多個單元組成的小型衛星在從發射器中噴射出來時,也會受到大型重力的影響。還有一種可能性是一旦進入軌道,硬件可能會與現在圍繞地球運行的許多太空垃圾相撞;谒羞@些,確定對沖擊和振動表現出很強彈性的太空連接器至關重要。建議采用高級固定裝置,包括鎖扣或螺旋鎖緊機構。這將意味著配對的保留率可以大大提高。在可用的電路板空間很少的情況下,鎖存器將是首選,基于螺釘的方法將提供更好的保留特性。

    熱相關問題Thermal-related issues

    一旦發射升空,位于太空的硬件將暴露在極端的溫度變化中。例如,在地球靜止軌道上的衛星將必須忍受其最外層的持續熱循環。有時它們會直接承受到太陽的輻射。相反地,當它們處于地球的陰影下時,它們的溫度就會急劇下降。如果電子設備位于一個相對較大的航天器的中心深處,那么熱循環就不是什么問題了,因為直接的熱效應將會低得多。然而,對于立方體衛星(可能只有10厘米x 10厘米)或Pocket支架(外部尺寸為5厘米x5厘米),可能整個都會感覺到沖擊。

    研究連接器數據表上的規格,確定運行期間的最大和最低溫度范圍(而不僅僅是焊接耐熱性)。還應尋找與熱浸泡和熱循環有關的試驗,因為這些試驗將提供額外的保證。

    電氣特性Electrical properties

    太空應用的互連運行環境與地面上有很大的不同。這些組件將在真空或至少部分真空條件下運行,這將對其最大額定電壓產生影響。閃絡情況發生時的電壓取決于空氣分子的密度。因此,應確定接頭在低氣壓下的電壓額定值。

    材料科學方面The materials science aspect

    如果連接器應用于太空,那么它們必須表現出惡劣環境的可靠性,這從選擇合適的材料開始。金屬接觸點需要結合耐久性和高表面電導率水平。由于暴露在空間的真空中,漏氣可能是一個潛在的問題。這可能導致在接近真空條件下連接器的組成材料被釋放。因此,不必要的污染物可能被引入空間定位系統,影響敏感電子設備的性能,甚至可能導致對它們造成不可撤銷的損害。美國宇航局和歐洲航天局(ESA)都為其太空應用中使用的材料提供了推薦的最大排氣量水平。在確定連接器型號之前,必須與制造商檢查特征材料是否保持在這些級別內。

    最小化尺寸和重量Minimizing size and weight

    太空應用系統必須在物理尺寸和有效載荷重量方面嚴格限制;鸺齼戎荒芊峙湟欢〝盗康目臻g和重量。參與立方體衛星建造的工程師們希望盡可能將多的功能融入其設計中,但不超過商定的尺寸和重量限制。這就是為什么依賴于緊湊的、輕量級的組件。當從合適的供應商采購時,外殼使用塑料材料(而不是金屬)可以限制連接器的重量,同時仍然保持足夠的堅固性。

    通過安裝具有直角配置的連接器,可以節省寶貴的空間。這使得連接器安裝于PCB邊緣,然后電纜可以沿著外部運行。結果是,電路板可以堆疊得更近在一起,因為它們之間不需要留出空間來安裝電纜。如果選擇了同時具有電源和信號傳輸觸點的連接器,則與這些功能相關的組件計數可以減半。另一種節省空間的方法是通過板對板連接器。這里的連接器被連接在一起,而不需要任何電纜接口。這也避免了額外線纜產生的有效載荷重量。

    成本影響Cost implications

    進入太空耗費巨大。太空項目通常會包括航空級定制組件,但保持高度惡劣環境可靠性的要求必須與預算限制相平衡。工程師們現在希望在其設計中使用商用現成的(COTS)組件。這不僅從財務角度來看是有利的,而且可以防止交期太長。

    剛才提到的板對板連接器成本效益也很明顯,因為減少了一部分線纜。同樣地,安裝帶有電源和信號傳輸的連接器也將更經濟。

    通常提到的價值數字是貨幣與權重。星載部件應使用盡可能輕的材料生產,節省重量,同時仍保持較高的機械可靠性,提供強大的電氣性能,并保持在預算限制范圍內。這可以用縮寫SWAP-C(大小、重量、功率與成本之間的關系)來總結。它平衡了性能提高和可接受的組件定價的關系。

    互連方案Interconnect sourcing

    通過其HRi的高可靠性連接器組合,Harwin為各種各樣的空間客戶提供服務。這些項目涉及到小規模的學術研究項目、新的太空創業企業和大型商業衛星通信星座的部署、一直到國際知名的航天機構(如美國宇航局和歐洲航天局,以及發射服務提供商)等。

    Harwin(哈文)Datamate 和 Gecko連接器系列獲得高性能基準與長期惡劣環境的可靠性。它們的材料具有行業領先的放氣特性,能夠承受極端的熱循環,并且足夠堅固,可以應對強烈的機械應變。它們的接觸是由鈹銅化合物制成的,導電性很強,但也非常耐用。面板安裝選項可用于這些連接器,以及直角配置?梢愿鶕靡髞泶_定不同的固定類型。

    Harwin的輕型塑料包裝Gecko連接器系列

    Harwin的輕型塑料包裝Gecko連接器系列

    1.25毫米間距的Gecko連接器能夠載流2A。觸點采用專有的四pin位設計,這意味著在觸針和相應的插座之間至少有一個配合面,即使當沖擊和振動達到50G時也能得到保證。

    Harwin Datamate connectors with accompanying cabling Harwin的Datamate連接器

    Harwin Datamate connectors with accompanying cabling Harwin的Datamate連接器

    Harwin(哈文)獨特的四pin設計,可以載流3.3A。這些2毫米間距連接器的工作溫度范圍為-55℃到+125℃。多種pin腳數選項有助于最大限度地提高布局的靈活性。Gecko 和Datamate 連接器的Mix-Tek版本減少了板空間的要求?梢酝瑫r處理信號,電源等。

    越來越多的商業努力,加上航天局對讓人類重返月球(以及未來,可能登陸火星)夢想,都在推動人們對高可靠性COTS互連的需求。

     

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