随着太空领域越来越多地转向商业应用，对能够可靠应对严苛环境的组件的需求日益增加，其中包括电气连接器。与打算在太空环境中使用的任何其他组件一样，工程师必须确保他们选择的连接器符合适当的材料和性能标准。在设计阶段的早期，他们还必须考虑那些与太空环境高度相关的问题。

图 1.太空探索系统面临极端环境

太空应用存在一些固有限制，严重限制了设计人员将连接器集成到系统中的位置和方式。任何太空应用中使用的零件的可用体积都是有限的，这使得设计中每个元素的尺寸都受到高度限制。最小化质量对于降低发射成本也至关重要。

零件的故障，即使是在地面应用中，也可能造成很大的问题，会导致停机时间增加、直接维修成本、交货时间和完成维修所需的时间。对于太空应用，所有这些问题很快就会变得异常昂贵。毫不奇怪，投入人力或远程控制机器人进行维护所需的资源可能过高。

因此，太空应用需要具有小体积和质量的高度可靠、易于维护的解决方案。

本文讨论了在为太空应用选择组件时要考虑的几个问题，同时还涉及相关标准和关键问题领域。它还提供了一个深入的示例 - 低地球轨道 (LEO) 卫星 - 在讨论一些适用于太空应用的特定连接器。

与太空应用相关的问题

在开发任何用于太空环境的设备时，负责设计的工程师必须考虑具体问题。这些包括：

• 排气
• 辐射
• 振动
• 太空余量
• 与故障/维修相关的成本
• 发射所需功率

太空真空和排气

排气是指非金属材料受热或真空时释放气体。除气过程中释放的化合物可能是挥发性的，并且蒸气会聚集在关键部件的表面上。当这些蒸汽聚集在表面上时，它们会导致组件、连接器或引线之间发生短路。由于围绕放气的问题，必须仔细选择用于太空应用的连接器的材料。有关相关除气标准的 LEO 示例用例，请参见下文。

宇宙和热辐射

宇宙和热辐射都给太空应用设计带来了问题，太阳是主要的辐射源。没有大气可以保护组件免受紫外线辐射，紫外线辐射会改变聚合物的化学结构并导致材料硬化或弱化。

辐射还可能导致航天器或卫星中的电子和电气系统发生故障。带电粒子辐射，主要来自银河宇宙射线、太阳质子事件，或仅仅被困在辐射带中，是设计阶段必须解决的另一个问题。

解决辐射问题的一种常见方法是使用绝缘体来保护关键部件，或者使用可以反射广谱电磁辐射、不受吸收辐射影响并用作优良导体的电镀材料（例如金）。

发射时的振动

发射时的振动、冲击和冲击载荷非常强大。特别是，在发射过程中不损害电气连接的完整性是至关重要的。松散的连接在发射时可能特别危险，但即使是在飞行后期没有危及生命的松散连接，以后修复的成本也可能非常高。对于卫星来说，它可能导致失去控制和数据传输能力。对于涉及人类生命的任务，松动的连接器可能是致命的。

示例：低地球轨道卫星 (LEO)

总结了太空应用的一些关键设计挑战，让我们看一个例子，看看 NASA 如何开发特定于一个用例的组件类别：LEO 卫星（见图 2）。

图2.太空中的 LEO 卫星示例

LEO 卫星的轨道半径为地球半径的 3 倍（约 2,000 公里），轨道周期约为 128 分钟。即使它们不在深空运行，它们仍然受到极其恶劣的条件的影响。他们的设计涉及上述所有问题，包括排气、辐射、振动和 SWaP（尺寸、重量和功率）。

国防后勤局 (DLA) 的合格产品数据库 ( QPD ) 记录了许多不同材料的除气特性。排气特性通过根据 ASTM 标准E1559和E595测量的总质量损失 (TML %) 和收集的挥发性可冷凝材料 (CVCM %) 来量化。

此外，NASA 发布了太空站外部污染要求 SSP 30426。该要求定义了分子沉积和颗粒释放的合规限制：TML 为 1.0%，CVCM 为 0.1% 或更低。

最容易排气的材料是化学衍生的，最常见的是复合材料。幸运的是，可以使用符合 NASA 排气要求的连接器。

在设计 LEO 卫星时，辐射及其对电子设备的影响仍然是一个严重的问题。NASA 开发了几个特定于 LEO 的组件类别：

1. 商业的
2. 辐射耐受性
3. 辐射硬化（rad-hard）
4. 闩锁

最不严格的是商业（客户承担所有风险），辐射硬度为 2 到 10 krad。最严格的是 rad-hard，可以处理 200 krad 到 1 Mrad。

为了满足 NASA 的要求，连接器必须满足根据EIA-364-28或MIL-STD-1344 Method 2005 Random Condition VI 评估的振动要求。具体测试条件主要取决于联轴器的类型，涉及的测试标准有EIA-364-42（冲击）和EIA-364-27（机械冲击）。

SWaP 是太空应用中的一个重要因素，主要是因为重量对 LEO 的燃料需求以及与运输/存储成本有关的体积和重量的影响。因此，电连接器解决方案越紧凑、越轻越好。

太空连接器解决方案

Bel/Cinch 提供了几款适用于恶劣的太空环境的产品，从Duracon MIL-DTL-83513 Micro-D 连接器开始，如图 3 所示。D除了出色的可靠性之外，它们还采用密集紧凑的 0.050 英寸（1.27 毫米）间距互连。

图3.用于太空应用的 Dura-Con MIL-DTL-83513 连接器和组件

用于太空环境的另一种解决方案是符合 Bel/Cinch标准的太空 (QPS) 衰减器部件（图 4）。该标准 QPS 衰减器系列由满足或超过 1% TML 和 0.1% CVCM 放气要求的材料制成。

图4. QPS 衰减器使用 MIL-DTL-3933 T 级认证指导的测试进行认证

Trompeter Twinax/Triax 解决方案（图 5）通常用于MIL-STD-1553B应用，并通过现成的定制解决方案完全支持视频、广播、电信和仪器仪表的需求。

图5. Trompeter Twinax/Triax 解决方案

太空连接器和布线解决方案

设计用于太空的产品，无论是小型 LEO 卫星还是载有乘客的飞行舱，都可能极具挑战性。除了互连解决方案所涉及的常规规范外，还有关于性能和材料选择以及辐射影响、极端操作环境和 SWaP 约束等问题的国家和国际标准。

幸运的是，像Bel/Cinch 这样的公司拥有坚固、可靠、合规的连接器和电缆解决方案。这包括由 DLA QPD 中批准的材料制成的连接器，根据 NASA 特定于 LEO 的辐射组件类别进行分类，并根据 EIA-364-28 或 MIL-STD-1344 振动标准进行测试。