低地球轨道卫星的电连接器设计注意事项

为低地球轨道设计连接器

发射的绝大多数卫星，无论其大小，都打算在低地球轨道（LEO）上运行。有些现在甚至绕火星运行。低地球轨道卫星中使用的许多部件都是现成的商品。通过精心设计，它们可以免受极端空间的影响，但有些条件会带来特定的挑战，在选择组件时必须考虑到这些条件。

克服不熟悉的挑战

太空确实是一个新的领域，就像所有勇敢开辟第一条道路的先驱者一样，那些冒险的人必须不断适应和创新，以克服不熟悉的挑战。尽管现在我们已经有几十年的太空飞行和探索，但仍有许多新进入该行业的例子将首次体验这一切。

例如，目前对太空商业化的巨额私人投资。这当然包括旅游业，但在不久的将来，它在规模、功能和预期寿命方面包括卫星的更大多样性。现在，将人造物体送入地球轨道比以往任何时候都更容易、更便宜，并且正在创建越来越多的服务来利用这一点。

这些是复杂的系统，需要针对尺寸和重量进行优化，以保持尽可能低的成本。但它们仍然是系统，使用需要组装和连接的组件构建。多年来，“芯片卫星”概念背后的势头一直在建立，但尚未实现。然而，卫星的尺寸继续缩小，微型卫星、纳米卫星、微微卫星甚至毫微卫星。但即使是最小的设备的例子仍然包含多个组件。只有两个组件的卫星仍然需要某种形式的互连。这意味着为空间设计的连接器是整个系统的关键部分。

发射的绝大多数卫星，无论其大小，都打算在低地球轨道（LEO）上运行。有些现在甚至绕火星运行。这里的重点是，虽然它们没有与深空的严酷作斗争，但它们仍然暴露在与表面任何环境都不同的环境中。LEO中的物体每天在地球上运行超过11，000圈，在挑战任何物体的条件下。尽管如此，LEO卫星中使用的许多组件都是现成的商品。通过精心设计，它们可以免受极端空间的影响，但有些条件会带来特定的挑战，在选择组件时必须考虑到这些条件。

太空的真空

空间真空产生的极低压力导致材料中捕获的任何蒸汽都被排出。这个过程被称为释气，也可以将化合物释放到封闭区域，例如卫星内部。如果这些化合物挥发性或以挥发性方式与其他化合物发生反应，则可能会构成威胁。

如果蒸汽聚集在传感器或光伏材料等关键部件的表面上，除气会导致损坏或故障。蒸气也可能以在组件、连接器或引线之间产生短路的方式聚集。

因此，除气被极其重视。NASA维护着一个材料数据库，以总质量损失（TML%）和收集的挥发性可冷凝材料（CVCM%）记录其除气特性。ASTM（美国测试与材料协会）标准E1559（航天器材料除气特性污染的测试方法）和E595（真空环境中除气的总质量损失和收集的挥发物可冷凝材料的测试方法）定义了测量方法。

美国宇航局发布了空间站外部污染要求SSP 30426，其中定义了分子沉积和颗粒释放的极限。为了符合要求，材料应满足 1.0% 的 TML 和/或 0.1% 的 CVCM。那些容易释气的材料通常是化学衍生的，例如复合材料。这些材料在连接器的设计中很常见，因为它们也表现出良好的电阻，使其成为理想的电绝缘体。打算对其产品进行太空飞行认证的连接器制造商必须证明符合这些标准。

腐蚀性氧气

太空中的任何材料都可能发现自己暴露在腐蚀性氧化剂原子氧（AO）中。这是当氧气与紫外线辐射反应时形成的。氧中的单个原子与分子键。在我们的大气中，反应不会持续，但在太空中，丰富的紫外线辐射使其更具可持续性。在LEO中，96%的氧气以原子形式存在。

金属和塑料会受到AO的影响。特别是，AO影响任何含有碳，氮，硫的氢键的聚合物。如果在聚合物中使用氟，则反应会随着长时间暴露于AO而增加。

PTFE通常用作电线的绝缘体，当AO存在并暴露于紫外线时会发生反应。具有ETFE绝缘的电线在空间应用中是首选，因为它们具有良好的介电性能并且耐热变化。然而，由于阳光是紫外线辐射的重要来源，因此在LEO应用中，ETFE涂层电线不应暴露在阳光下。连接器制造商需要开发能够针对AO的存在提供一些保护的解决方案。

紫外线辐射的威胁

由于太空中没有大气层可以抵御太阳的紫外线辐射，因此其影响要极端得多。它对塑料尤其有害，例如在连接器中用作绝缘体的塑料。

暴露于紫外线辐射会影响聚合物，改变其机械结构。这可能表现为硬化（交联）或弱化（断链）。可以在聚合物中引入添加剂以减少影响，但通常在LEO应用中应尽量减少在暴露于紫外线辐射的区域使用连接器。

其他极端情况

在太空中发现的温度变化比在地球表面发现的温度变化要极端得多。同样，这是由于缺乏扩散大气层以及物体是否暴露或隐藏在太阳辐射之外。如果物体同时经历两者，由于其轨道，温度变化将取决于材料的热吸收或辐射特性，但可能超过200°C。

这里的一个重要参数是热膨胀系数（CTE），所有材料都具有热膨胀系数。主要问题是并非所有材料都具有相同的 CTE，这意味着同一组件中的两种材料之间可能存在不匹配。当物体在极端温度下循环时，这可能会导致不同的CTE速率造成的损坏。

带电粒子辐射是太空中存在的另一种威胁，主要来源是银河宇宙射线、太阳质子事件和被困辐射带。一般来说，AO和UV将是组件制造商的主要考虑因素，但这表明必须考虑许多方面。

专为太空设计

六十多年来，人类一直在向太空发送人造物体，因此现在有许多组件被认为是太空就绪的也就不足为奇了。在1970年代，NASA制定了技术准备等级（TRL），组件的等级从1到9。TRL 9 级表示技术成熟度的最高水平，定义为在成功任务中“经过战斗验证”。自2008年以来，欧洲航天局也一直在使用TRL，九个级别中的每一个都有自己略有不同但非常相似的定义。

在Cinch Connectivity Solutions中，满足最苛刻的应用需求的传统。例如，其CIN：：APSE无焊互连技术被认证为TRL 9。该公司于1970年代开始为航天工业供货，此后每十年继续这样做。它已经在为计划在本世纪2020年代之后的任务制定解决方案。

其专业知识涵盖该行业的所有领域，从LEO卫星，地球同步轨道和中地球轨道（MEO）卫星，以及地面支持系统和发射器。这包括 D 形 MIL-DTL-83513 连接器、MIL-DTL-1553B 解决方案和 QPS（空间合格部件）组件，包括射频衰减器。

除了作为NASA任务的主要供应商外，Cinch 还帮助实现了阿联酋火星任务、帕克太阳探测器和 One Web 项目。在LEO应用中，Cinch 提供用于观测、通信、侦察和监视应用的组件，以及专为导航和电信设计的系统。

恶劣的环境和对优质采购的需求

LEO设计可能需要系统持续超过30年。对于较小的卫星，这可能没有任何维护。确保所选组件能够长时间承受从AO到紫外线和极端温度的恶劣环境，对于任务的成功至关重要。

最近的事态发展表明，我们仍处于空间探索的开始阶段。由于私人投资和对LEO应用优势的整体需求增加，发展步伐正在加快。

现在，越来越多的制造商看到了开发供应链的价值，该供应链由能够在该领域提供卓越服务的悠久传统的公司组成。100多年来，Cinch Connectivity Solutions一直生产高质量和可靠的高性能连接器和电缆组件。Cinch 被公认为射频、光纤、混合、微波组件、圆形、D 超小型、模块化矩形、电子外壳和电缆组件的世界级连接供应商。

Cinch 为军事、商业航空航天、网络、电信、测试和测量、石油和天然气以及其他恶劣环境行业提供创新解决方案。在 Bel 系列解决方案中，我们的目标是超越客户的期望，并不断提供创新的解决方案，以满足我们所服务的市场和客户快速变化的需求。

审核编辑：郭婷