卫星硬件设计和选择的要点

2023-10-25 11:51:01 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 作者:Amy Goetzman 点击:1610

从微小的立方体卫星到SpaceVPX卫星,夜空中充满了各种新的卫星。选择能够处理发射压力源、辐射、极端温度和其它空间挑战的组件对这项任务至关重要。

卫星

仅在过去三年里,就有成千上万的卫星被发射到轨道,很难在夜空中看到这些卫星的全貌。根据联合国外层空间事务厅(UNOOSA)的数据,截至2023年6月底,有11330颗卫星绕地球运行,自2022年1月以来增加了37.94%。这些卫星来自世界上至少80个国家,其中近一半专门来自SpaceX。该公司的星链互联网卫星正在地球上形成一个越来越紧密的巨型网络。V2星链设备每台重1760磅(800公斤),SpaceX计划将42000台发射到轨道,在那里将形成高度可见、快速移动的光卫星网络。

小型卫星(SmallSats)和立方体卫星(CubeSats )传递重要数据。美国宇航局(NASA)的小型顶点(CAPSTONE)卫星在未来几年实施阿尔忒弥斯(Artemis )重返月球计划之前进行导航研究。气象机构正在使用小型卫星来研究地球上的风暴,提供更准确的预报。俄罗斯正在考虑使用立方体卫星在空中发射广告,瞄准地球上的人群。不管你喜不喜欢,天空永远不会一样,在卫星活动方面,将看到持续的变化。

星链(Starlink )卫星只可以运行大约5年,尽管有些卫星可以运行长达15年。火箭的发射过程和轨道环境给设备带来压力。然而,未来的系统可能持续更长时间,太空级硬件的进步,包括互连方案,使卫星运行时间更持久。太空硬件实现附带了几个基本要求。

Harwin的产品经理约翰·布伦特说:“连接器和其它组件必须能够应对部署到具有挑战性的应用环境中。它们应该始终由高度耐用的材料建造。当然,一旦进入太空,部件的维修或更换是不可能的,所以长期的可靠性必须完全保证,故障风险保持在绝对的最低限度。Harwin的产品可以应用在太空工业的各个方面,包括商业卫星通信星座,它使用商业现成的组件。我们最近参与的项目包括GAUSS,在任务中一起发射多个立方体卫星,以及4个链接。这是一个车载计算平台,在许多设计中使用了多个立方体卫星。卫星星座项目包括我们与Gomspace合作完成的项目。”

布伦特认为,连接器的选择考虑了卫星运行的每一个阶段,从发射过程中发生的机械应力开始。强大的冲击和振动是设计非常重要的考虑因素。即使在发射后,小型卫星在从发射器中喷射出来时也会经历高G力。它们也有可能在轨道上被“太空垃圾”击中。

气密性是另一个必须加以考虑的问题。被吸收成在材料中的气体在接近真空的条件下会释放出来。它可以导致物质的升华和蒸发变为气体,通过裂缝或内部间隙的渗漏。这将把污染物引入设备,可能导致敏感电子设备的性能受损,甚至出现故障。美国宇航局和欧洲航天局(ESA)都为其空间应用中使用的材料提供了推荐的最大排气量水平。在指定接头时,应与制造商检查其材料不超过这些水平。

真空或部分真空环境,也会影响连接器性能。闪络的情况会发生在不同的电压下,这取决于空气分子的密度,因此建议在低空气压力下了解连接器的电压额定值。太空应用的硬件也暴露在极端温度下。例如,地球静止轨道上的卫星将受到其最外层的持续热循环影响。如果电子设备在航天器的内部中心,这就不是什么问题了,因为直接热效应会低得多。然而,由于立方体卫星的直径只有10厘米,所有组件的热循环肯定是一个问题。应研究接头规格,确定运行期间的最大和最低温度范围,而不仅仅是焊接耐热性。应该寻找与耐热有关的额外测试,长期高温和热循环的影响。

Harwin Datamate和 Gecko HRi 连接器

Harwin Datamate和 Gecko HRi 连接器

在高振动环境中,连接器不仅需要有效地固定在电路板上,还需要固定在相应的配对部分上。应使用固定件(锁闩或螺钉)来降低发射期间出现问题的风险。门闩通常占用更少的空间。Harwin Datamate 和 Gecko HRi连接器可用螺钉锁定。

小型卫星中,节省空间和重量至关重要,布伦特说:“硬件满足太空应用要求是比较复杂的。拥有直角配置的连接器可以有利于空间有限的立方体卫星的设计。这使得连接器可以位于电路板的边缘,电缆可以保持在外面。因此,电路板可以堆叠得更紧密,因为它们之间不必留出空间来安装电缆。另一种节省空间的技术是使用板对板连接器。这意味着连接器被配对而不需要电缆接口。电缆给系统增加了额外的重量和成本,所以尽量避免使用电缆是有益的。”

Harwin最近推出了高功率科纳(Kona)系列的紧凑型连接器,布伦特表示,该公司已经在太空系统设计方面得到了应用。新的太空竞争正在对整个互联互通的世界产生影响。连接器公司正在为卫星进行各种设计,或收购在该领域具有专业知识的公司。今年,Trexon收购了“603”制造公司。Trexon首席执行官兼总裁马克·特瓦尔夫霍文说:“603的产品能够推动了关键技术,特别是在商业领域,专注于火箭发动机的航空电子设备和卫星的尖端线束。”

小型化是最小化有效载荷的关键。Omnetics 连接器公司为发射设备提供高可靠性的纳米和微型D-Sub小型连接器。

Omnetics 连接器公司一直存在于卫星市场,特别关注立方体卫星。Omnetics 公司已经为立方体卫星应用制造了许多不同的连接器。Omnetics公司的特别项目经理特拉维斯·诺伊曼说:“在大多数情况下,他们使用纳米或混合连接器。它们的外壳饰面不同于地面应用。有些可以镀金,而不锈钢也可以用于抗辐射。柔性电路可能在电路应用中有额外的屏蔽层。冲击和振动是重要考虑因素,至少在卫星进入太空之前是这样。一旦到达太空,主要考虑的是温度波动,通常极端温度波动。在地球阴影下非常冷,在太阳照射范围内非常热。Omnetics为不同的环境应用不同的封装件。”

Positronic 公司在太空应用中有很强的实力。该公司最近推出了其EL系列铝背壳,满足美国宇航局提出的严格要求。适用于航空航天应用,这些组件的设计考虑了航天的尺寸和重量限制,外壳轻且轮廓低。EL系列后壳的特点是带状顶部椭圆形入口,滚花系带,接地带和导电垫片,铍铜接地夹,不锈钢钝化螺丝和尖顶螺丝,以及提供EMI保护的金属结构。

Positronic的EL铝背壳系列产品

Positronic的EL铝背壳系列产品

当人类在地球之外探索时,卫星可以观察地球和太阳系,为探索太空环境和利用太空提供重要的手段。

声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与我们联系,我们将及时更正、删除,谢谢。
Big-Bit 商务网
新连接器网站新闻详情页广告 广告

请使用微信扫码登陆