如何為衛(wèi)星選擇連接器

太空的挑戰(zhàn)是極其嚴(yán)峻的：排氣問題、強(qiáng)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(dú)特的惡劣環(huán)境因素，在選擇部件時(shí)都需要被仔細(xì)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(jī)、空間站、低地球軌道（LEO）衛(wèi)星、探測器、望遠(yuǎn)鏡、著陸器等各式各樣的航天器。然而，太空仍然是一個(gè)全新領(lǐng)域。就像所有開拓進(jìn)取的先驅(qū)者一樣，那些勇敢的冒險(xiǎn)家們必須不斷創(chuàng)新，以應(yīng)對(duì)并克服挑戰(zhàn)。

巨額投資正涌入太空商業(yè)化領(lǐng)域。如今，將人造物體送入地球軌道變得比以往任何時(shí)候都更容易、更經(jīng)濟(jì)，這促使了越來越多的服務(wù)被創(chuàng)建。這些服務(wù)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(fù)雜的系統(tǒng)，需要在設(shè)計(jì)和制造過程中根據(jù)尺寸和重量進(jìn)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(guān)鍵在于設(shè)計(jì)高效的設(shè)備，這些設(shè)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(shí)候都更小、更輕，這主要?dú)w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(jìn)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。

發(fā)射的大多數(shù)衛(wèi)星都是圍繞行星和其他天體運(yùn)行的LEO衛(wèi)星。盡管這些設(shè)備并不適用于廣闊且極端惡劣的深空環(huán)境，但它們?nèi)匀槐仨毤庸?，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(shí)際上是專為地球上的惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)的現(xiàn)成商品。

其他衛(wèi)星則注定要前往更為遙遠(yuǎn)的太空區(qū)域。地球同步赤道軌道 （GEO） 衛(wèi)星在與地球自轉(zhuǎn)平行的軌道上以與地球自轉(zhuǎn)相同的速度移動(dòng)，這使它們?cè)谔炜罩锌雌饋硎庆o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(nèi)。每個(gè)軌道級(jí)別都面臨著特定的極端空間挑戰(zhàn)，因此在選擇組件時(shí)，需要仔細(xì)評(píng)估這些獨(dú)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(huì)導(dǎo)致極低的壓力，使得材料中捕獲的任何蒸氣都被排出。這個(gè)過程稱為除氣，這些被釋放的化合物會(huì)進(jìn)入封閉區(qū)域，如衛(wèi)星內(nèi)部。當(dāng)這些釋氣蒸氣在傳感器、光伏材料等關(guān)鍵部件的表面聚集時(shí)，它們可能會(huì)損壞設(shè)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(dǎo)致短路或數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸減少。美國宇航局維護(hù)著一個(gè)材料數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫詳細(xì)介紹了總質(zhì)量損失（TML%）和收集的揮發(fā)性可凝結(jié)材料（CVCM%）的釋氣特性。ASTM（美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn) 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(chǎn)生的總質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。那些容易放氣的材料通常是化學(xué)衍生的，例如復(fù)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(shè)計(jì)，成為理想的電絕緣體。因此，打算將產(chǎn)品用于太空飛行的連接器制造商必須證明其產(chǎn)品符合這些嚴(yán)格的釋氣特性標(biāo)準(zhǔn)。

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(dāng)氧氣與紫外線輻射反應(yīng)時(shí)形成的。氧中的單個(gè)原子與其他氧分子結(jié)合。在地球大氣層中，反應(yīng)不會(huì)持續(xù)，但在太空中，大量的紫外線輻射延長了反應(yīng)。在LEO中，96%的氧以原子形式存在。金屬和塑料會(huì)受到AO的影響。例如，如果在聚合物中使用氟，則反應(yīng)會(huì)隨著長時(shí)間暴露于AO而增加。聚四氟乙烯通常用作電線的絕緣體，當(dāng)AO存在并暴露在紫外線下時(shí)，PTFE會(huì)發(fā)生反應(yīng)。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(yīng)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(yīng)用中，ETFE涂層的電線不應(yīng)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(hù)，防止AO的存在。

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(qiáng)大。這種輻射對(duì)塑料的完整性構(gòu)成了特別嚴(yán)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(huì)改變聚合物的機(jī)械結(jié)構(gòu)，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(yīng)用中，還是應(yīng)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(jīng)過認(rèn)證，并被列入國防后勤局 （DLA） 的合格產(chǎn)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(jīng)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(kuò)散熱量，同時(shí)設(shè)備直接暴露在與其軌道位置緊密相關(guān)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(dāng)設(shè)備在極端溫度下循環(huán)時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)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(shè)備必須考慮的一個(gè)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(zhì)子事件以及地球周圍被困的輻射帶。