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如何为卫星选择连接器

2024-05-09 17:05:40

太空探索面临诸多严峻挑战,包括排气问题、强烈的紫外线辐射、真空环境以及氧气稀薄的条件。自1949年人类成功将第一枚火箭送入太空以来,我们不断向地球以外的广阔空间发射了各式各样的航天器。然而,太空仍然是一个全新领域,需要勇敢的冒险家们不断创新以应对并克服挑战。

 

目前,巨额投资正涌入太空商业化领域,人造物体送入地球轨道变得更容易、更经济。这促使了越来越多的服务被创建,包括种类繁多的卫星。这些卫星是复杂的系统,需要在设计和制造过程中根据尺寸和重量进行优化,以尽可能降低成本。而提高低地球轨道(LEO)卫星的功能和续航能力的关键在于设计高效的设备,这些设备需要具有高可靠性和高性能的连接组件。

 

随着电子元件的小型化,如今的LEO卫星比以往任何时候都更小、更轻。微型卫星、纳米卫星等更小型的航天器相继诞生,甚至出现了飞秒卫星。这些卫星使用的许多组件实际上是专为地球上的恶劣环境而设计的现成商品,但仍然必须加固以承受与地球环境截然不同的环境。

 

WARP-01飞行单元的飞行前视图。WARP-01 卫星是一颗 1 单元 (1U) 立方体卫星,在 JEM 小型卫星轨道部署器-16 (J-SSOD-16) 微型卫星部署任务期间部署。WARP-01,由筑波大学和Warpspace Inc.开发

 

其他卫星则注定要前往更为遥远的太空区域,如地球同步赤道轨道(GEO)卫星和MEO卫星。每个轨道级别都面临着特定的极端空间挑战,因此在选择组件时,需要仔细评估这些独特条件下的性能和可靠性。

 

在太空环境中,真空环境会导致极低的压力,使得材料中捕获的任何蒸气都被排出。这个过程称为除气,这些被释放的化合物会进入封闭区域,如卫星内部。当这些释气蒸气在关键部件的表面聚集时,可能会损坏设备或降低其性能。因此,在选择用于太空飞行的连接器时,制造商必须证明其产品符合严格的释气特性标准,如美国宇航局的SSP 30426要求。

 

原子氧(AO)是在太空中由氧气与紫外线辐射反应形成的一种腐蚀性氧化剂。在地球大气层中,这种反应不会持续,但在缺乏大气层保护的太空环境中,紫外线辐射使得反应得以延长。在低地球轨道(LEO)中,高达96%的氧以原子形式存在,对金属和塑料等材料构成严重威胁。例如,聚合物中的氟会在长时间暴露于AO和紫外线下时加速反应,影响材料的性能。

 

射频/微波电缆和电缆组件为军事、航空航天和高端商业应用提供高性能、低衰减和灵活性。

 

射频/微波电缆和电缆组件在军事、航空航天和高端商业应用中发挥着重要作用,它们需要具备高性能、低衰减和灵活性。然而,在太空环境中,这些材料同样面临着原子氧和紫外线辐射的挑战。

 

紫外线辐射对塑料的完整性构成特别严重的威胁,因为它可以改变聚合物的机械结构,导致硬化(交联)或弱化(链断裂)。尽管可以通过添加剂来减少这种影响,但在LEO卫星和其他空间应用中,仍然应尽量避免在暴露的紫外线辐射区域使用连接器。​

 

同时,太空中的温度变化也极为极端,可能超过200°C。这种温度变化会对材料的性能和可靠性产生影响,尤其是当不同材料之间的热膨胀系数(CTE)不匹配时。此外,带电粒子辐射也是空间设备必须考虑的一个重要因素,其来源包括银河宇宙射线、太阳质子事件以及地球周围的辐射带。


 

为了解决这些问题,连接器制造商正在开发新的解决方案,以提供一些保护,防止原子氧和紫外线辐射的影响。同时,在选择用于太空应用的材料和组件时,需要仔细考虑其性能、可靠性和在极端环境下的表现。例如,Cinch DURA-CON MIL-DTL-83513 Micro-D 金属外壳连接器经过认证,并被列入国防后勤局的合格产品数据库,其耐用的铝制外壳提供EMI屏蔽,呈D形,可提供极性并提高安装可靠性。这些特性使其成为太空应用中的理想选择。​

 

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