W porównaniu do wypychania produktów z Ziemi na rynek, wystrzeliwanie produktów w przestrzeń kosmiczną jest znacznie bardziej złożone. Komponenty znajdujące się w przestrzeni kosmicznej muszą być w stanie sprostać wyzwaniom środowiska kosmicznego, działać niezawodnie i bezobsługowo w oczekiwanym okresie użytkowania oraz wytrzymać ograniczenia masy i rozmiaru towarzyszące startom.
W tym środowisku projektanci produktów zwracają się ku częściom kwalifikowanym do zastosowań lotniczych (QPS), które zostały już zaprojektowane, przetestowane i sprawdzone pod kątem pomyślnego zastosowania w zastosowaniach kosmicznych. QPS osiągnął maksymalny poziom dojrzałości technologicznej (TRL) ustalony przez Narodową Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) Stanów Zjednoczonych.
TRL dzieli się na poziomy od 1 do 9, odzwierciedlające proces produktu od koncepcji do dojrzałego wykonania (rysunek 1). TRL 1 do 3 pokazują, jak produkt teoretycznie działa, od podstawowych koncepcji po walidację koncepcji. TRL 4 do TRL 6 obejmują wstępne testy i symulację. TRL 7 i 8 przeszły testy prototypów i końcowe demonstracje techniczne, zamieniając koncepcje w rzeczywistość.
Obraz procesu TRL NASA
Rysunek 1: NASA TRL przedstawia proces produktów lotniczych od wstępnej koncepcji do dojrzałości użytkowej. Tylko części z TRL wynoszącym 9 można uznać za części QPS po wyprodukowaniu i przetestowaniu zgodnie z uznanymi normami. (Źródło obrazu: rozwiązania w zakresie łączności Cinch)
Produkty z TRL osiągającym poziom 9 odniosły sukces w praktycznych zastosowaniach kosmicznych. Oprócz osiągnięcia tak wysokiego poziomu TRL, części muszą również przejść określone procedury testowe, aby można je było uznać za QPS. Normy kontroli tych wymagań różnią się w zależności od rodzaju części. Na przykład tłumiki QPS muszą być testowane zgodnie ze standardami poziomu T MIL-DTL-3933, podczas gdy złącza elektroniczne QPS podlegają normie NASA EEE-INST-002.
Zrozumienie specyficznych wyzwań stojących przed aplikacjami kosmicznymi może pomóc projektantom w wyborze istniejących systemów QPS o wydajności spełniającej ich wymagania, skróceniu czasu od koncepcji do wdrożenia oraz wprowadzeniu produktów na rynek na czas i w ramach budżetu.
Pokonanie odgazowania
Zdolność do pracy w próżni i ekstremalnych temperaturach to jedna z największych przeszkód, jakie muszą pokonać komponenty kosmiczne. Próżnia na średniej orbicie okołoziemskiej (MEO) w odległości od 2234 do 22234 mil od Ziemi, gdzie na tej wysokości działają satelity Globalnego Systemu Pozycjonowania (GPS), charakteryzuje się średnim stopniem próżni od 1 mTorr do 1 µ Torr. Jednocześnie komponenty w tych i innych zastosowaniach mają temperatury tak niskie, jak -270°C w cieniu i aż +121°C w bezpośrednim świetle słonecznym.
Części niemetalowe mogą ulec „odgazowaniu” pod wpływem próżni i wysokiej temperatury. Zjawisko to odnosi się do migracji gazów pozostających wewnątrz materiału podczas procesu produkcyjnego w kierunku powierzchni. Ta migracja może prowadzić do pęknięć wewnątrz materiału, osłabiając w ten sposób jego wytrzymałość. Uwolniony gaz może również skroplić się i zamarznąć na innych częściach, powodując uszkodzenie elementów optycznych, takie jak rozmycie i zablokowanie czujnika.
Stopień odgazowania mierzy się na podstawie całkowitej utraty masy (TML) składnika w warunkach próżniowych i termicznych, wyrażonej jako procent masy pierwotnej. Producenci mierzą również procent lotnego materiału kondensującego (CVCM), który można zebrać, czyli ilość odgazowanego materiału, który skrapla się na zimniejszych powierzchniach. Obydwa badania przeprowadzono zgodnie z protokołem ASTM E595, który wymaga przechowywania próbek w temperaturze +125°C i poniżej 5 x 10-5 Torr przez 24 godziny.
Większość komponentów elektronicznych musi zostać poddana testom na odgazowanie, aby mogły zostać uznane za części QPS ze względu na zastosowanie niemetalowych materiałów izolacyjnych i ekranujących. Cinch Dura Con firmy Cinch Connectivity Solutions™ W takiej sytuacji znajduje się ekranowana wtyczka i gniazdo micro-D (rysunek 2). Podczas testowania niemetalowa, termoutwardzalna izolacja wokół styków i warstwa izolacyjna drutu z etylenu, tetrafluoroetylenu (ETFE) w złączach Dura Con tracą mniej niż 1% swojej całkowitej masy, a CVCM wynosi mniej niż 0,01%.
Zdjęcie złącza TE Connectivity Dura Con
Rysunek 2: Złącze Dura Con wykorzystuje materiał izolacyjny o niskim stopniu odgazowania, co przekracza wymagania normy NASA EEE-INST-002 dla złączy elektronicznych do zastosowań LEO. (Źródło obrazu: rozwiązania w zakresie łączności Cinch)
Te niklowane złącza są zgodne z normą MIL-DTL-83513 i nadają się do mikroprostokątnych złączy elektrycznych. Mogą pomieścić od 9 do 100 pozycji igieł, przy szerokości podstawy od 0,775 "do 2,160" i wysokości od 0,298 "do 0,384".
Zgodnie z kryteriami wyboru złączy elektronicznych EEE-INST-002 opracowanymi przez NASA, konstrukcja i niski poziom odgazowania tych złączy sprawiają, że nadają się one do stosowania na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) na wysokościach do 2000 km. Kosmiczny Teleskop Hubble'a, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i konstelacja mikrosatelitów, które umożliwiają globalną telekomunikację, działają na orbicie w tym regionie.
Norma EEE-INST-002 określa również trzy poziomy krytyczności złączy elektronicznych. Złącza poziomu 1 to złącza o znaczeniu krytycznym, złącza poziomu 2 wymagają wysokiej niezawodności, a złącza poziomu 3 to standardowe poziomy niezawodności. Złącza Dura Con są klasyfikowane jako poziom 2.
Zmniejsz zakłócenia promieniowania
Oprócz zagrożeń związanych z próżnią i ekstremalnymi temperaturami komponenty znajdujące się w przestrzeni kosmicznej muszą być również w stanie wytrzymać wyższe poziomy promieniowania. Bez ochrony atmosfery ziemskiej elementy te byłyby narażone na pełne spektrum promieniowania ultrafioletowego (UV). Poza niską orbitą okołoziemską problemem są także promienie gamma i inne promieniowanie jonizujące. Promieniowanie może skrócić żywotność elementów niemetalowych i zazwyczaj obniżyć jakość sygnałów elektromagnetycznych w wyniku zakłóceń o częstotliwości radiowej (RFI) i zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).
Złącza elektryczne, takie jak złącze elektryczne Tromper QPS firmy Cinch Connectivity Solutions, które mogą rozwiązać ten problem, mają silne funkcje ekranowania zakłóceń RF i zakłóceń elektromagnetycznych oraz mogą spełniać wymagania specyfikacji magistrali danych MIL-STD-1553B.
Są one również wykonane głównie z metalu, w tym pozłacanych styków z miedzi berylowej i podłoża niklowego. Materiał dielektryczny z politetrafluoroetylenu (PTFE) o niskim stopniu odgazowania może osiągnąć TML poniżej 1,0% i CVCM poniżej 0,10%.
Przestrzenna seria Tromper zawiera dwa rodzaje małych złączy do podłączenia. W złączu TRB zastosowano zamek bagnetowy (rysunek 3), natomiast w złączu TRT zastosowano połączenie gwintowe (rysunek 4). Każdy typ oferuje wiele konstrukcji umożliwiających połączenia za pośrednictwem płytek, zakończeń kablowych lub płytek obwodów drukowanych (PCB).