KONNEKTORER/HI-REL Hvordan vælger man stik og kabler til aerospace? I løbet af det seneste årti er rumfartøjer til kredsløb omkring Jorden blevet en vigtig industri. Det har resulteret i opsendelse af et stort antal satellitter til en lang række forskellige missioner i lave, mellemhøje og geostationære kredsløb (LEO, MEO, GEO). Uanset størrelse, kilde eller mission har alle disse satellitter én fælles faktor for deres BOM, nemlig behovet for mange elektriske stik og kabler til signaler og strømforsyning Af Rolf Horn, applikationsingeniør, Digi-Key Selv om kabler og konnek- torer måske ikke har samme glamourfaktor som den aktive elektronik om bord eller den bredere satellitmission, så er deres ydelse, pålidelighed og konsistente kvalitet afgørende for satellitdesignet og applika- tionens levetid. Derfor er valg og anvendelse af passende forbindelsesteknik en vigtig faktor for missionens succes. Kabler og konnektorer skal levere grundlæggende funk- tionalitet, minimere størrelse og vægt, og samtidig skal de opfylde de unikke krav til på- lidelighed og robusthed, der kræves til opsendelse i rum- met. Når NASA’s missioner med esoteriske rumfartøjer eller kommunikations- og naviga- tionssatellitter tidligere pri- mært var NASA-missioner, er opsendelser af LEO-, MEO- og GEO-satellitter blevet næsten rutinebegivenheder. Nogle af disse opsendelser resulterer i opsendelse af et dusin el- ler flere satellitter, herunder de små, populære Cubesat- enheder, der er udviklet på universiteter, i visse gymnasier og endda af videnskabelige amatørgrupper. Rummet er imidlertid et hårdt Figur 1: Det populære CubeSat-satellitdesign er baseret på et lille standardmodulformat, der gør det muligt at stable forskellige længder i forskellige trin. (Billedkilde: Harwin). miljø for alle typer elektroni- ske komponenter. Potentielle problemområder omfatter afbrydende forbindelser, yde- evne under specifikationerne og endda direkte fejl. Disse problemer begynder med vibrationer ved opsendelsen og fortsætter gennem kulden og vakuummet under brug i kredsløb og videre ud over det. Disse spørgsmål stiller mange krav til forbindelsernes yde- evne og begrænser forbindel- sernes design og implemente- A A D D AD C A u D tA C p u S tApS Finla F n i d n s la g n a d d s e g 2 a 9 de 29 4690 46 H 9 a 0 sle H v aslev 56 37 56 03 37 45 03 45 info@ in a fo d @ cu a t. d d c k ut.dk www w .a w d w cu .a t. d d c k ut.dk Kabling og formontering af jeres produkter frigør vigtig tid i industrien og hos installatøren. Kontakt os på www.adcut.dk ring. De er alle forenet af det brede begreb pålideligheds- prioriteter og den upraktiske eller reelt umulige mulighed for reparation eller udskift- ning under flyvning. Ud over størrelse, vægt, stød og vi- brationer er der også andre spørgsmål som udgasning, restmagnetisme, ekstreme temperaturer og termiske cyklusser, kosmisk stråling, flashover og stikorientering: • Vægt og størrelse (volumen): Et rumfartøj og dets satellit er stærkt begrænset i begge disse faktorer af hensyn til brændstofeffektivitet og det faktum, at hver kubikcenti- meter volumen er værdifuld i et rumdesign med begrænset volumen. • Acceleration, vibrationer og stød: Den hårde opsendelsesfase resulterer i titusindvis af g på tværs af en lang række fre- kvenser. Af denne grund er der i ruminddelte stik normalt angivet jackskruer eller låse- designs, når det er muligt, for at sikre en sikker forbindelse. • Udgasning: Varmen og vakuumforholde- ne i rummet øger hastigheden af udgasning fra konnektorer. Materialer som elastomerer og plast kan langsomt frigive flygtige organiske forbindel- ser (VOC’er), som er opløst, fanget, frosset eller absorbe- ret i materialet som gas eller www w . w a w dc .a u d t. c d u k t.dk Figur 2: Mix-Tek Datamate-serien understøtter kombinationer af signal (3A), strøm (20A) og koaksialstik (6GHz). (Billedkilde: Harwin). damp. Selv epoxy- og andre almindelige klæbemidler kan frigive disse VOC’er, hvilket kræver særlige klæbemidler. VOC’er kan resultere i forure- ning, som kan påvirke ydelsen af missionskritisk udstyr alvor- ligt ved at forstyrre sarte in- strumenter og optiske overfla- der. For et space-klassificeret stik ”drives VOC’er ud” af ma- terialet ved at bage stikkene ved en forhøjet temperatur i en vakuumtæt ovn. • Restmagnetisme: Kan forstyrre effektiviteten af nærliggende kredsløb og undersystemer og forårsage vildledende aflæsninger fra præcisionssensorer. For at minimere dette kan det være nødvendigt at anvende ikke- magnetiske materialer, hvor det er muligt som kobberle- geringer. • Temperaturområde: Det udvidede område for rumklassificerede konnekto- rer er normalt -65⁰C til +150⁰C. Termisk cykling er imidlertid også et problem: Gentagne belastninger, der opstår ved sådanne cykliske belastninger, kan fremkalde mikrorevner og i sidste ende træthedsbrud. Nogle satellitter er designet til at rotere for at udligne de- res gennemsnitstemperatur mellem solvendte og sol- beskyggede sider. Dette er en utilstrækkelig løsning for større satellitter, da overfla- den og undergrunden stadig kan være udsat for betydelige termiske cyklusser sammen- lignet med det dybere indre. I små satellitter, som for eksem- pel CubeSats, er næsten alle komponenter relativt tæt på overfladen. • Kosmisk stråling: Øges i takt med at satellittens driftshøjde stiger, og Jordens beskyttende atmosfære bli- ver tyndere. Virkningerne af denne uundgåelige stråling ligner på nogle måder virk- ningerne af elektromagne- tisk interferens (EMI). Selv om rumfartøjets metalkabinet gi- ver en vis beskyttelse, kan det være nødvendigt at medtage yderligere afskærmning på printplader eller kabler, der er udsat for strålingspåvirkning. • Flashover: Det er en kontinuerlig elek- trisk udladning med høj strøm fra en leder til den nærmeste metaloverflade. Flashover opstår ved forskellige spæn- dingsværdier afhængigt af luftmolekylernes tæthed med vakuum i rummet som det ekstreme tilfælde, så stik skal have en spændingsværdi, der passer til højden. • Fysiske overvejelser: Det er afgørende, hvordan stikket og dets kabel er orien- teret. Satellitter er naturligvis tæt pakket, og de populære, men små Cubesats bringer denne tæthed op på et nyt niveau (figur 1) . En enkelt Cu- beSat-enhed (U) er standar- diseret til 10×10×10cm, og en komplet CubeSat-satellit kan have en størrelse på 1U, 2U, 3U, 6U eller 12U. Hvis stikket er udformet, såle- des at kablerne er orienteret lodret vinkelret på printkortet, kan printpladerne i CubeSat- satellitten ikke være tæt place- ret, da stikket og kablet vil gri- be ind i hinanden. Horisontale stik og matchende kabelsam- linger løser imidlertid dette problem ved at føre kablerne fra kanten af printkortet side- læns rundt om stakkanten og derved reducere den nødven- dige afstand over printet. One-fits-all eksisterer ikke De forskellige spændinger, strømme, frekvenser og andre krav til ydeevne for de forskel- lige forbindelser betyder, at en enkelt stikfamilie vil være alvorligt under- eller overspe- cificeret i mange situationer, og ingen af disse forhold er acceptable, om end af forskel- lige årsager. Desuden findes der ikke en enkelt ”standard”, som definerer et space-klassi- ficeret stik. I stedet er der stan- darder for specifikke præsta- tionsegenskaber som udgas- ning. NASA’s liste over reser- vedele (NPSL) anvendes som 28 nr. 10 | oktober 2022 -
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Aktuel Elektronik her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her