摘要：当前，航天器正朝着轻型化和小型化方向发展，电连接器在航天器上的应用为超微矩形电连接器的发展提供了良好的发展前景。为适应宇宙空间环境条件下的苛刻要求，国内一直重视研制开发满足宇航应用要求的高可靠超微矩形电连接器，超微矩形电连接器小型化、轻型化程度极高，生产制造难度非常大，本文对宇航级超微矩形电连接器技术，特别是对空间适应性指标和技术要求进行了简要分析。

关键词：宇航级；连接器；小型化

1 绪论

轻型化和小型化是航天器的方向发展，电连接器作为航天器上必不可少的电子元器件，为超微矩形电连接器的发展提供了良好的应用前景。航天器是由数量众多的零部件组成的系统，发射以后，如果出现故障，在轨道上通常不能直接维修，原因很难查清，因此会对航天器造成很大影响。

宇宙空间环境与普通大气环境不同，宇宙空间环境中的空间碎片、流星体、高真空、超高低温、磁场、电磁辐射等，都会对处于其中工作的航天器及航天员造成影响。恶劣的宇宙空间环境会对电连接器的性能产生重大影响，诱发通讯、导航故障，严重的话还会危及宇航员的健康和生命，造成重大经济损失。

研制开发满足宇航应用要求的高可靠超微矩形电连接器是更好走向宇宙空间的重要途径。我国自20世纪90年代以来，航天事业进入高速发展时期，“载人航天工程”“探月工程”“北斗导航工程”等项目均取得重大成就，电连接器在航天、军事领域的应用也越来越广泛。同时，现代信息化战争之中，对电连接器提出更高、更可靠的性能要求，比如，轻型化、小型化、抗辐射、热真空释气等性能。在空间恶劣环境下，太阳粒子、等离子体、原子氧等会对连接器产生辐射，这些辐射可能会导致电连接器的性能、可靠性发生变化。因此，重量越轻、体积越小，同时功率越大，抗辐射性能越好的电连接器就越受各大航空航天装备的欢迎。

2超微矩形电连接器概述

在电连接器的众多家族中，采用绞线式弹性插针作为接触件的微矩形电连接器具有体积小、重量轻、可靠性高、抗振动、耐冲击、接触电阻小、插拔力小等优点，因此，采用绞线插针的微矩形电连接器和超微矩形电连接器备受关注。

通常，超微矩形电连接器主要由基座、绞线插针、插孔、外壳、锁紧组件等五种零部件组成，其中，绞线插针和插孔是关键件。插头与插座插合后，绞线插针与插孔接触导通形成电气回路，绞线插针与插孔能否可靠地接触对产品能否顺利完成工作任务起着关键性的作用。

该类电连接器产品结构的主要特点为：

a．电连接器的接触对为弹性插针和刚性插孔对插，接触对密度高，接触可靠，可以实现小型化，同时可以有效保证产品的电气性能；

b．插头、插座外壳对接端设计成两圆弧凸起和凹陷状，有助于电连接器产品对接时的导向和实现防反插功能；

c．基座（绝缘体）上下排孔位中心采用对称设计，保证基座装入外壳时方向的唯一性，可有效防止基座装反；

d．锁紧螺钉和连接螺母设计成翻铆结构固定在外壳，结构简单可靠，减小占用的空间；

e．插头、插座靠外壳定位导向，锁紧螺钉和连接螺母旋合对接及锁紧，使插头与插座的插合和分离柔和，不对接触件造成冲击，有利于连接器寿命的保证；

f．电连接器产品基座及接触件靠尾部灌封高性能胶粘剂进行固定，同时外壳尾部灌胶腔设计成有利于胶粘剂固化粘接的凹槽结构，可有效固定基座和接触件。

图1  绞线插针超微矩形电连接器图示

绞线插针和插孔是关键件。其中，绞线插针为核心关键件，它由两层高弹性铍青铜丝经过正反两个方向绞合而成。通常内层左旋，外层右旋，按固定节距螺旋绕制成型，内层主要起支撑作用，外层具有支撑和对插后与插孔内壁的电气接触作用。内外层旋向不同主要保证冲胖后内外层向不同方向撑开，既可以保证可靠成型又能够增加插针结构的稳定性。

绞线插针两端激光焊接将头部熔接在一起，防止铍青铜丝散开，利于鼓腰成型，为使与插孔对接形成弹性接触体，绞线插针经冲胖后呈鼓腰形并形成胖点。

图2  绞线插针及鼓腰断面三维图示

当插针与插孔插合时，插孔内壁挤压绞线式弹性插针腰鼓处，腰鼓处产生弹性变形，绞线式弹性插针外层的多根铍青铜丝与插孔内壁形成多条螺旋线接触并保持一定压力形成电气导通，保证在各种力学环境条件下电接触的可靠性。当针头从插孔内拔出后鼓腰又恢复到原来的形状。由于接触时是插针腰鼓处的多根铍青铜丝与插孔内壁保持一定压力并接触，因此共有多个点同时接触构成并联系统，接触可靠性非常高，能够获得优良的电气性能。另外，绞线插针由内外两层高性能铍青铜丝绕制而成，受力时均是内外两层铍青铜丝共同受力，能够获得较高的机械性能，满足连接器多次插拔的寿命要求。

当前，美国绞线式弹性插针电连接器产品的主要军用标准有MIL-DTL-83513F和 MIL-DTL-32139A。其中，纳小型矩形电连接器（对应国内超微矩形电连接器）执行 MIL-DTL-32139A 标准。我国绞线式弹性插针电连接器产品的主要军用标准有GJB 2446A和GJB 7245，其中超微矩形电连接器执行GJB 7245。

Airborn 公司N系列和ITT公司 NDM系列纳小型矩形电连接器接触件间距均为0.025英寸，对应我国制造的J63A系列超微矩形电连接器（接触件间距为 0.635mm）。

超微矩形电连接器产品主要技术指标如下：

a) 环境温度：-55℃～125℃；

b) 冲击：980m/s²；

c) 随机振动：10Hz～2000Hz，196m/s² ；

d) 介质耐电压：250Vr.m.s.(50Hz)，60s不击穿；

e) 接触电阻≤21mΩ；

f) 额定电流：1A；

g) 绝缘电阻≥5000MΩ（100Vd.c.）；

h) 低电平接触电阻：≤80mΩ；

i) 接触件插入力和分离力：插入力≤1.39N、分离力≥0.11N；

j) 机械寿命：200 次。

3 宇航级超微矩形电连接器技术

通过长期的研究表明，空间环境与普通地面环境有很大的不同，这些不同对电连接器产品产生了新的影响，导致了一些能够在普通地面环境下正常工作的电连接器却不能在空间环境下正常工作。因此，除了常规超微矩形电连接器产品的性能指标设计以外，还必须根据空间环境的特点及其对电连接器产品的影响开展针对性地设计工作，主要包括抗辐照设计和热真空释气设计。

3.1抗辐照设计

当电连接器在太空工作时，会受到强辐照环境的辐照作用，这种强辐照环境包括太阳风、银河宇宙射线、太阳耀斑、人工辐射、磁俘获辐射带等。这些辐照射线直接照射到电连接器上，会使各种材料的零部件内部特性发生变化，进而影响到电连接器产品的可靠性和使用寿命。

（1）指标要求

超微矩形电连接器抗辐照指标一般要求为：辐射总剂量为 1×105Gy，剂量率为0.5Gy(Si)/s。

（2）提高抗辐照性能的常见措施

为提高电连接器产品的抗辐照能力，一般可以采取以下几个方面的措施：

a.选择分子量大的聚合物材料；

b.选择基团极性较大的链结构材料；

c.选择陶瓷基复合材料；

d.选择 C/C 复合材料。

（3）试验验证

该项试验一般考核所选用的非金属材料，试验通常需要委托权威的有试验能力的第三方机构。该类电连接器产品辐照试验的一般条件：辐照源为 60Coγ 射线源，辐照剂量为1×105Gy，辐照剂量率为 0.5Gy(Si)/s；试验设备包括 60Coγ 射线源、薄膜剂量计、耐压测试仪、绝缘测试仪；试验后的检验项目一般包括：目测材料外观无明显变化；介质耐电压 250Vr.m.s.(50Hz),60s 不击穿；绝缘电阻≥5000MΩ（100Vd.c.）等该类产品所要求的技术指标要求。

3.2热真空释气设计

（1）指标要求

宇航级超微矩形电连接器的热真空释气指标通常为：材料的总重量损失（TML)≤初始样品重量的1.0%，收集的挥发性可冷凝物质重量（CVCM)≤初始样品重量的 0.1%。

（2）特性分析

材料的出气速率由式 3-1 表示：

q =q0 exp(-E/RT)                                         （3-1）

其中：

q 表示出气速率，

q0 表示常数，

E 表示出气活化能，

R 表示气体普适常数；

T 表示绝对温度。

单位时间内材料表面出气量由式3-2 表示：

Qm = Aq                                                 （3-2）

其中：

A 表示出气表面的面积；

q 表示出气速率。

从式 3-2 可以看出，材料出气速率与温度有关，出气量则与出气表面的面积有关。

（3）常见有效性措施

a.非金属材料的选择

选取合适的非金属材料，送到相应检测机构进行真空挥发性能测试，按照QJ1558A-2012《真空中材料挥发性能测试方法》和 Q/W776-98《卫星用非金属材料出气筛选方法》进行测试，测试设备仪器包括污染低温凝结效应设备和电子微量天平等。

b.灌封工艺的优化与控制

一般来讲，超微矩形电连接器通过灌胶的方法固定接触件尾部，主要起到固定、保护接触件引脚以及与导线连接部位的作用。由于灌封胶的流动性和绝缘性很强，部分胶液可通过接触件与基座之间的缝隙流动到接触件对接端，形成多余物，严重影响了产品的接触导电性能。

另外，该类电连接器灌胶腔非常狭窄，灌胶时很容易发生胶液填充不充分的现象，在接触件与接触件之间，特别是在导线和导线之间形成“灌封空洞”，固化后无法通过检测发现问题。“空洞”处由于未受到胶液固定保护，会严重影响产品的电气绝缘性能和力学性能，产生质量隐患。因此，与常规微矩形连接器的灌封相比，该类产品的灌封工艺需要进一步优化并严格进行控制。

例如，在灌胶密封前增加胶粘剂打底工序，使用流动性稍弱的胶粘剂预粘接、固化接触件，不仅不会流入接触件和基座之间的缝隙中，还能够将缝隙堵上，防止后续灌封的环氧灌封胶流入缝隙中。

图3  打底胶固定接触件示意图

例如，为防止“灌封空洞”现象，可改变灌封工艺方法，将灌封工序的操作分成三次对三处空隙分别进行灌胶，以防止灌胶不充分现象的发生。

图4 分次灌封图示

4 结语

本文对普通空间环境下（如抗辐照及热真空释气）超微矩形电连接器的技术进行了简要分析。目前，超微矩形电连接器主要应用在航天飞机、无人驾驶航天器、通讯卫星、火星探测器等装备上，随着我国航天器不断向深空探测发展以及空间站时代的来临，超微矩形电连接器将逐渐取代微矩形电连接器产品。

为满足更加严酷的超深空间环境（如超低温、宇宙射线、高能粒子等）的要求，建立宇航高等级系列超微矩形电连接器产品的设计、制造及试验平台将是今后该类产品重要的研究、发展方向。同时，也相信随着广大科技工作者的不断耕耘，宇航高等级系列超微矩形电连接器产品定将走向更宽广的世界舞台。

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