确保连接器在太空中安全
2020年7月4日,RocketLab的Electron火箭发射失败,导致七颗卫星丢失。
碰撞发生后,经过分析表明,因为某个连接器中的较高电阻导致其升温,熔化了覆盖其中的防振材料。然后振动断开了接头,切断了涡轮泵的电源。
连接器在太空任务的各个阶段都会承受极大的压力,那么连接器在向月球发射探测器等的任务中面临哪些挑战?而制造商需要采取哪些措施来确保自己能够承受从发射到成功着陆所经历的恶劣条件?
升空
当主发动机和火箭助推器点燃时,它们会产生强烈的振动,航天器上的每个部件都会感受到这种振动。这些振动会通过摇晃而影响连接器的完整性及其功能。此外,发射过程中温度和压力的快速变化可能会导致一些密封连接器的材料膨胀和收缩,从而使触点松动并导致连接错误。
为了克服发射挑战,连接器的设计必须精确且坚固,例如使用螺旋千斤顶、闭锁机构和卡口式联轴器等配合系统,使得即使在极端振动下也能确保牢固连接。此外,采用气密密封和先进的绝缘材料可保护连接器免受温度和压力变化的影响。
逃离大气层
当航天器开始离开地球大气层时,主发动机会关闭,振动减弱,第一级被丢弃。然后第二级将自身推进到近地轨道。然而,连接器现在在这种环境下面临更多挑战。
当航天器在阳光和阴影之间转换时会发生热循环,导致近地轨道上的温度从-65℃波动到+125℃。由于缺乏大气而产生的近真空会导致连接器内部的聚合物逸出,释放出挥发性有机化合物(VOC),从而干扰其他组件。
连接器中使用的金属中的剩磁也会导致许多仪器发生误读,例如导致导航和发电中的严重错误发生。
专为近地轨道及其他太空应用而设计的连接器必须具有能够承受极端温度的绝缘性能。幸运的是,许多连接器位于航天器内,这意味着它们也能够通过其他组件绝缘。近地轨道解决方案包括工作温度为-65至+200℃的航天级D38999(G级)连接器。它们可以与各种太空级配件搭配使用,例如热缩管和后壳。
为了防止排气问题,制造商必须在发射前提取挥发性有机化合物。这是通过在真空密封烤箱中高温烘烤连接器来实现的。
专门采用低剩磁构造的金属连接器包括Positronic SpaceD-Sub。这些符合D-Sub的MIL-DTL-24308M级规范和NASA-RP-1124除气标准测试。测试是通过使用磁通计按照NASA对电气元件的太空级要求进行的。
欧洲太空标准化合作组织在其太空产品保证标准中概述了适合在太空中使用的材料。例如,它解释说,在太空硬件和地面支持设备中应避免使用镉、锌和锡等挥发性金属,这些金属会在真空中生长晶须。此外,多孔镀层,包括镀银的金镀层,也会带来风险,不应该在航天器中使用。
接地
当航天器接近月球表面时,推进器需要点火以减慢下降速度,因而会扬起大量灰尘,覆盖航天器表面和任何外部连接器。
灰尘颗粒会渗入连接器并积聚在接触表面、插针和插座上。这会导致电气接触不良、电阻增加,甚至信号传输间歇性或完全丢失。并且受污染的连接器可能会导致数据错误、信号衰减、整体系统性能降低或完全故障等问题。
垫圈、O形圈、后壳和热缩套可集成到连接器设计中,以防止灰尘进入并保持气密连接。除了防止压力变化外,密封连接器还可以防止灰尘和其他颗粒进入。
当前,PEI-Genesis与太空级连接器制造商建立了牢固的关系,并利用其庞大的库存实现产品的快速获取,为独特的任务量身定制解决方案。Positronic、Ampheno和Souriau等品牌也为航空航天、军事和医疗用途提供多种选择。
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