如何為衛(wèi)星選擇連接器

來源：線束世界?作者：線束世界?2024-05-10 09:07

太空的挑戰(zhàn)是極其嚴峻的：排氣問題、強烈的紫外線輻射、真空環(huán)境以及氧氣稀薄的條件，以及近地軌道獨特的惡劣環(huán)境因素，在選擇部件時都需要被仔細考慮。

人類于1949年成功將第一枚火箭送入太空，隨后的幾十年里，我們不斷向地球以外的廣闊空間發(fā)射了載人航天飛機、空間站、低地球軌道（LEO）衛(wèi)星、探測器、望遠鏡、著陸器等各式各樣的航天器。然而，太空仍然是一個全新領域。就像所有開拓進取的先驅者一樣，那些勇敢的冒險家們必須不斷創(chuàng)新，以應對并克服挑戰(zhàn)。

巨額投資正涌入太空商業(yè)化領域。如今，將人造物體送入地球軌道變得比以往任何時候都更容易、更經濟，這促使了越來越多的服務被創(chuàng)建。這些服務包括種類繁多的衛(wèi)星，它們具有不同的尺寸、功能和使用壽命。這些衛(wèi)星是復雜的系統(tǒng)，需要在設計和制造過程中根據(jù)尺寸和重量進行優(yōu)化，以盡可能降低成本。而提高低地球軌道（LEO）衛(wèi)星的功能和續(xù)航能力的關鍵在于設計高效的設備，這些設備需要具有高可靠性和高性能的連接組件。

如今的LEO衛(wèi)星比以往任何時候都更小、更輕，這主要歸功于電子元件的小型化。隨著硬件尺寸、重量和功率的持續(xù)進步，微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星等更小型的航天器相繼誕生，甚至出現(xiàn)了飛秒衛(wèi)星。

WARP-01飛行單元的飛行前視圖。WARP-01 衛(wèi)星是一顆 1 單元（1U）立方體衛(wèi)星，在 JEM 小型衛(wèi)星軌道部署器-16 （J-SSOD-16）微型衛(wèi)星部署任務期間部署。WARP-01，由筑波大學和Warpspace Inc.開發(fā)

發(fā)射的大多數(shù)衛(wèi)星都是圍繞行星和其他天體運行的LEO衛(wèi)星。盡管這些設備并不適用于廣闊且極端惡劣的深空環(huán)境，但它們仍然必須加固，以承受與地球環(huán)境截然不同的環(huán)境。令人驚訝的是，LEO衛(wèi)星中使用的許多組件實際上是專為地球上的惡劣環(huán)境而設計的現(xiàn)成商品。

其他衛(wèi)星則注定要前往更為遙遠的太空區(qū)域。地球同步赤道軌道（GEO）衛(wèi)星在與地球自轉平行的軌道上以與地球自轉相同的速度移動，這使它們在天空中看起來是靜止的。MEO衛(wèi)星的軌道高度低于地球靜止軌道，通常位于距離地球5,000至12,000公里（3,100至7,500英里）的范圍內。每個軌道級別都面臨著特定的極端空間挑戰(zhàn)，因此在選擇組件時，需要仔細評估這些獨特條件下的性能和可靠性。

真空環(huán)境

太空的真空環(huán)境會導致極低的壓力，使得材料中捕獲的任何蒸氣都被排出。這個過程稱為除氣，這些被釋放的化合物會進入封閉區(qū)域，如衛(wèi)星內部。當這些釋氣蒸氣在傳感器、光伏材料等關鍵部件的表面聚集時，它們可能會損壞設備或降低其性能。蒸氣也可能在組件表面，包括連接接口處積聚，導致短路或數(shù)據(jù)和信號傳輸減少。美國宇航局維護著一個材料數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫詳細介紹了總質量損失（TML%）和收集的揮發(fā)性可凝結材料（CVCM%）的釋氣特性。ASTM（美國材料與試驗協(xié)會）標準 E1559（航天器材料釋氣特性污染的測試方法）和 E595（真空環(huán)境中放氣產生的總質量損失和收集的揮發(fā)物冷凝材料的測試方法）為測量材料的釋氣特性提供了標準化的方法。

美國宇航局發(fā)布了空間站外部污染要求SSP 30426，該要求定義了分子沉積和顆粒釋放的限制。為了符合要求，材料必須滿足1.0%的TML和/或0.1%的CVCM標準。那些容易放氣的材料通常是化學衍生的，例如復合材料。這些材料由于其良好的電阻性能而常用于連接器的設計，成為理想的電絕緣體。因此，打算將產品用于太空飛行的連接器制造商必須證明其產品符合這些嚴格的釋氣特性標準。

原子氧

太空中的任何材料都可能暴露于腐蝕性氧化劑原子氧（AO）中。這是當氧氣與紫外線輻射反應時形成的。氧中的單個原子與其他氧分子結合。在地球大氣層中，反應不會持續(xù)，但在太空中，大量的紫外線輻射延長了反應。在LEO中，96%的氧以原子形式存在。金屬和塑料會受到AO的影響。例如，如果在聚合物中使用氟，則反應會隨著長時間暴露于AO而增加。聚四氟乙烯通常用作電線的絕緣體，當AO存在并暴露在紫外線下時，PTFE會發(fā)生反應。具有 ETFE 絕緣層的電線因其良好的介電性能和抗熱變化性而成為空間應用的首選。然而，由于陽光是紫外線輻射的重要來源，因此在LEO應用中，ETFE涂層的電線不應暴露在陽光下。連接器制造商正在開發(fā)解決方案，以提供一些保護，防止AO的存在。

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紫外線輻射

由于太空中缺乏大氣層來抵御太陽的紫外線輻射，其破壞材料的能力變得極為強大。這種輻射對塑料的完整性構成了特別嚴重的威脅，例如用作連接器絕緣體的塑料。暴露于紫外線輻射會改變聚合物的機械結構，表現(xiàn)為硬化（交聯(lián)）或弱化（鏈斷裂）?？梢詫⑻砑觿┮刖酆衔镆詼p少影響，但即便如此，在LEO衛(wèi)星和其他空間應用中，還是應盡量減少在暴露的紫外線輻射的區(qū)域使用連接器。

Cinch DURA-CON MIL-DTL-83513 Micro-D 金屬外殼連接器經過認證，并被列入國防后勤局（DLA）的合格產品數(shù)據(jù)庫（QPD）。耐用的鋁制外殼提供 EMI 屏蔽，呈 D 形，可提供極性并提高安裝可靠性

溫度

在太空中，溫度的變化比地球表面所經歷的任何溫度變化都要極端得多。這是由于太空中缺乏大氣層來擴散熱量，同時設備直接暴露在與其軌道位置緊密相關的太陽輻射之下。溫度的變化取決于材料的熱吸收或輻射特性，可能超過 200 °C。所有材料都具有熱膨脹系數(shù) （CTE），但并非所有材料都具有相同的熱膨脹系數(shù)，這意味著同一組件中的兩種材料之間可能存在不匹配。當設備在極端溫度下循環(huán)時，這可能會導致同一系統(tǒng)中 CTE 的不同速率造成的損壞。帶電粒子輻射也是空間設備必須考慮的一個重要因素。這種破壞性輻射的主要來源包括銀河宇宙射線、太陽質子事件以及地球周圍被困的輻射帶。