近地轨道卫星连接器设计

捆绑连接解决方案他撰写了以下文章，解释了太空的极端环境如何给LEO(近地轨道)卫星的电气连接器带来了许多挑战。

简介

太空确实是一个新的领域，就像所有勇敢开拓第一条道路的先驱一样，那些冒险前往太空的人必须不断适应和创新，以克服陌生的挑战。尽管我们已经经历了几十年的太空飞行和探索，但仍有许多新进入该领域的人将首次体验这一切。

举个例子，现在有大量私人投资进入太空商业化。当然，这包括旅游业，但在当前的时间范围内，它包括卫星在大小、功能和预期寿命方面的更大多样性。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，越来越多的服务正在利用这一点。

这些都是复杂的系统，需要根据尺寸和重量进行优化，以尽可能降低成本。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”概念的势头一直在积聚，但尚未实现。然而，卫星的尺寸不断缩小，出现了微型卫星、纳米卫星、皮卫星甚至飞级卫星。但即使是最小的设备也包含多个组件。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。

绝大多数发射的卫星，无论大小，都是为了在近地轨道运行。有些甚至绕火星飞行。这里的重点是，虽然他们没有与深空的严酷环境作斗争，但他们仍然暴露在与地表不同的环境中。近地轨道中的物体每天绕地球运行超过11000圈，其条件对任何物体都是挑战。尽管如此，低轨道卫星中使用的许多部件都是现成的商品。通过精心的设计，它们可以免受极端空间的影响，但也有一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

太空真空产生的极低压力会导致物质中捕获的任何蒸汽被排出。这一过程被称为脱气，也可以将化合物释放到封闭区域，比如卫星内部。如果这些化合物具有挥发性或以挥发性方式与其他化合物发生反应，则它们可能构成威胁。

如果蒸汽聚集在传感器或光伏材料等关键部件的表面，则排气可能导致损坏或故障。蒸汽也可能以某种方式聚集，在组件、连接器或引线之间产生短路。

由此可见，除气是非常严肃的。NASA维护着一个材料数据库，该数据库以总质量损失(TML %)和收集的挥发性可冷凝材料(CVCM %)的形式记录了它们的放气特性。ASTM(美国测试和材料学会)标准E1559(航天器材料放气特性污染的测试方法)和E595(真空环境下放气产生的总质量损失和收集挥发性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，该要求定义了分子沉积和颗粒释放的限制。为了符合要求，材料的TML应达到1.0%和/或CVCM为0.1%。那些容易放气的材料通常是化学合成的，比如复合材料。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，使它们成为理想的电绝缘体。连接器制造商有意将其产品用于太空飞行，必须证明符合这些标准。

积极的氧气

太空中的任何物质都可能暴露在侵略性氧化剂——原子氧(AO)之下。这是氧气与紫外线辐射发生反应时形成的。氧原子与分子成键。在我们的大气层中，这种反应是不持久的，但在太空中，丰富的紫外线辐射使这种反应更加持久。在低轨道轨道中，96%的氧以原子形式存在。

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，反应会随着接触AO时间的延长而增加。

聚四氟乙烯，通常用作电线的绝缘体，当AO存在并暴露在紫外线下时会发生反应。具有ETFE绝缘的电线在太空应用中是首选，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主要来源，etfe涂层的电线在LEO应用中不应暴露在阳光下。连接器制造商需要开发解决方案，可以提供一些保护，防止AO的存在。

紫外线辐射的威胁

由于太空中没有大气层来抵御太阳的紫外线辐射，其影响要极端得多。它对塑料的损害特别大，比如那些用作连接器绝缘体的塑料。

暴露在紫外线辐射下会影响聚合物，改变其机械结构。这可以表现为硬化(交联)或减弱(链断裂)。可以向聚合物中添加添加剂以减少影响，但通常在低轨道应用中，应尽量减少在暴露于紫外线辐射的区域使用连接器。

另一个极端

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，以及该物体是否暴露在太阳辐射之外。如果物体经历这两种情况，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所有材料都具有的热膨胀系数(CTE)。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，这可能导致由不同速率的CTE引起的损坏。

带电粒子辐射是存在于太空中的另一种威胁，主要来源是银河宇宙射线、太阳质子事件和俘获辐射带。一般来说，AO和UV将是组件制造商的主要考虑因素，但这说明有许多方面必须考虑。

专为太空设计

60多年来，人类一直在向太空发射人造物体，所以现在有许多组件被认为可以用于太空也就不足为奇了。在20世纪70年代，美国宇航局制定了其技术准备等级(TRLs)，其组件从1到9级。TRL 9级表示最高水平的技术成熟度，定义为在成功的任务中“战斗证明”。欧洲航天局自2008年以来也一直在使用TRL，对九个级别中的每个级别都有略微不同但非常相似的定义。

在Cinch Connectivity解决方案中，有满足最苛刻应用程序需求的传统。例如，其CIN::APSE无焊互连技术是合格的TRL 9。该公司从20世纪70年代开始为太空工业供应产品，此后每十年都在供应一次。它已经在为计划在2020年代以后执行的任务制定解决方案。

它的专业知识涵盖了工业的所有领域，从低轨道卫星，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型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。

Cinch不仅是NASA任务的主要供应商，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提供用于观察、通信、侦察和监视应用的组件，以及用于导航和电信的系统。

结论

为低轨道轨道设计可能需要系统使用超过30年。在小型卫星的情况下，这可能不需要任何维护。确保选择的组件能够长期承受恶劣环境，从AO到紫外线和极端高温，对任务的成功至关重要。

最近的事态发展表明，我们仍然仅仅处于空间探索的开始阶段，也许更重要的是，还处于空间开发的开始阶段。由于私人投资和对低轨道轨道应用中发现的好处的总体需求的增加，开发的步伐正在加快。

现在，越来越多的制造商看到了开发由在这一领域具有悠久传统的公司组成的供应链的价值。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-亚微型、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、石油和天然气等恶劣环境行业提供创新解决方案。在Bel解决方案家族，我们的目标是超越客户的期望，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。