بلوغ فنی اجزای درجه هوافضا

در مقایسه با فرستادن محصولات از زمین به بازار، پرتاب محصولات به فضا بسیار پیچیده تر است. قطعات در فضا باید قادر به مقاومت در برابر چالش های محیط فضایی باشند.به طور قابل اطمینان و بدون تعمیر و نگهداری در طول عمر انتظار می رود، و از محدودیت های وزن و اندازه پرتاب پشتیبانی می کنند.

در این محیط، طراحان محصول به قطعات واجد شرایط هوافضا (QPS) که قبلاً برای استفاده موفق در برنامه های فضایی طراحی، آزمایش و بررسی شده اند، مراجعه می کنند.QPS به حداکثر سطح بلوغ تکنولوژی (TRL) که توسط سازمان ملی هواپیمایی و فضا (ناسا) ایالات متحده تعیین شده است رسیده است..

TRL به سطوح 1 تا 9 تقسیم شده است که نشان دهنده فرآیند محصول از مفهوم تا عملکرد بالغ است (شکل 1).از مفاهیم اساسی تا اعتبارپذیریTRL 4 تا TRL 6 شامل آزمایشات اولیه و شبیه سازی است. TRL 7 و 8 آزمایشات نمونه اولیه و نمایش های فنی نهایی را پشت سر گذاشتند، تبدیل به ایده ها به واقعیت.

تصویر فرآیند TRL ناسا
شکل 1: TRL ناسا نشان دهنده فرآیند محصولات هوافضا از مفهوم اولیه تا بلوغ عملکرد است.تنها قطعات با TRL 9 می توانند قطعات QPS پس از تولید و آزمایش مطابق با استانداردهای شناخته شده باشند.. (منبع تصویر: Cinch Connectivity Solutions)

محصولات با سطح TRL 9 به موفقیت در کاربردهای عملی فضایی دست یافته اند. علاوه بر دستیابی به این سطح TRL بالا،قطعات همچنین باید از روش های آزمایش خاص برای در نظر گرفتن QPS عبور کنند.استانداردهای کنترل این الزامات با توجه به نوع قطعه متفاوت است. به عنوان مثال، خفیف کننده های QPS باید مطابق با استانداردهای سطح MIL-DTL-3933 T آزمایش شوند.در حالی که کانکتورهای الکترونیکی QPS توسط استاندارد EEE-INST-002 ناسا اداره می شوند.

درک چالش های خاصی که با برنامه های کاربردی فضایی روبرو هستند می تواند به طراحان کمک کند تا QPS های موجود را با عملکردی که نیازهای آنها را برآورده می کند انتخاب کنند.کوتاه کردن زمان از مفهوم تا پیاده سازی، و محصولات را در زمان و بودجه به بازار عرضه کنید.

غلبه بر گازی کردن
توانایی کار کردن در خلاء و دمای شدید یکی از بزرگترین موانع است که اجزای فضایی باید بر آن غلبه کنند.خلاء در مدار متوسط زمین (MEO) در فاصله 1234 تا 22234 مایل از زمین، که در آن ماهواره های سیستم موقعیت مکانی جهانی (GPS) در این ارتفاع کار می کنند، دارای درجه خلاء متوسط 1 mTorr تا 1 μTorr است.اجزای این و سایر کاربردهای دیگر دارای دمای پایین به -270 ° C در سایه و بالاتر از + 121 ° C در نور مستقیم خورشید هستند.

قطعات غیر فلزی ممکن است هنگام قرار گرفتن در معرض خلاء و محیط های با دمای بالا "از گاز خارج شدن" را تجربه کنند.این پدیده به مهاجرت گازهای باقی مانده در داخل ماده در طول فرآیند تولید به سمت سطح اشاره دارد.این مهاجرت ممکن است منجر به ترک در داخل مواد شود و در نتیجه قدرت آن را تضعیف کند. گاز آزاد شده نیز ممکن است در قسمت های دیگر فشرده شود و یخ زده شود.ایجاد آسیب به اجزای نوری مانند تار شدن و مسدود شدن سنسور.

شدت تخلیه گاز با از دست دادن کل جرم (TML) قطعه در شرایط خلاء و حرارتی، به صورت درصد از جرم اولیه اندازه گیری می شود.تولید کنندگان همچنین درصد مواد فرسوده قابل فشرده سازی (CVCM) را که می توانند جمع آوری شوند، اندازه گیری می کنند.، که مقدار مواد گازی شده است که در سطوح سرد تر فشرده می شود. هر دو آزمایش مطابق با پروتکل ASTM E595 انجام شد،که مستلزم نگه داشتن نمونه ها در دما +125 °C و کمتر از 5 x10-5 Torr برای 24 ساعت است..

اکثر قطعات الکترونیکی باید آزمایش گازی را برای تعیین قطعات QPS به دلیل استفاده از مواد عایق و محافظ غیر فلزی انجام دهند.Cinch Dura Con از Cinch Connectivity Solutions TM پلاگین و سوکت میکرو دی محافظ فضایی (شکل 2) در این وضعیت هستند. عایق غیر فلزی و ضدآفتاب در اطراف پین هالایه عایق سیم اتیلن و تترفلورو اتیلن (ETFE) در کانکتورهای Dura Con از دست دادن کمتر از 1٪ از وزن کل آنها و CVCM کمتر از 0.01 درصد در طول تست

تصویر کانکتور TE Connectivity Dura Con
شکل 2: کانکتور Dura Con از مواد عایق کم گازی استفاده می کند که از الزامات استاندارد EEE-INST-002 ناسا برای کانکتورهای الکترونیکی کاربردی LEO فراتر می رود. (منبع تصویر:راه حل های اتصال Cinch)

این کانکتورهای نیکل شده مطابق با استاندارد MIL-DTL-83513 هستند و برای کانکتورهای الکتریکی میکرو مستطیل مناسب هستند. آنها می توانند از 9 تا 100 موقعیت سوزن را با عرض پایه 0.775 تا 2.160" و ارتفاع 0.298" تا 0.384".

بر اساس معیارهای انتخاب کانکتور الکترونیکی EEE-INST-002 ناسا،طراحی و سطح کم گاز زدایی این کانکتورها باعث می شود آنها برای مدار زمین پایین (LEO) در ارتفاعات تا 1200 مایل مناسب باشند.تلسکوپ فضایی هابل، ایستگاه فضایی بین المللی، و یک ستاره شماری از ماهواره های کوچک که امکان ارتباطات جهانی را فراهم می کنند همه در مدار در این منطقه کار می کنند.

استاندارد EEE-INST-002 همچنین سه سطح حساسیت را برای کانکتورهای الکترونیکی مشخص می کند. کانکتورهای سطح 1 کانکتورهای مهم هستند، کانکتورهای سطح 2 نیاز به قابلیت اطمینان بالا دارند.و اتصال دهنده های سطح 3 سطوح استاندارد قابلیت اطمینان هستند.. کانکتورهای Dura Con به سطح 2 طبقه بندی شده اند

کاهش تداخلات تشعشعات
علاوه بر خطرات خلاء و دماهای شدید، اجزای موجود در فضا نیز باید قادر به مقاومت در برابر سطوح بالاتر تابش باشند.این اجزا در معرض طیف کامل اشعه ماوراء بنفش (UV) قرار می گیرند.فراتر از مدار پایین زمین، اشعه گاما و سایر اشعه های یونیزه کننده نیز یک نگرانی هستند. Radiation can shorten the lifespan of non-metallic components and typically reduce the quality of electromagnetic signals through radio frequency interference (RFI) and electromagnetic interference (EMI).

کانکتورهای الکتریکی مانند کانکتور الکتریکی Tromper QPS شرکت Cinch Connectivity Solutions که می تواند این مشکل را حل کند،دارای عملکردهای تداخل RF قوی و محافظت از تداخل الکترومغناطیسی هستند، و می تواند الزامات مشخصات میلباس داده MIL-STD-1553B را برآورده کند.

آنها همچنین عمدتاً از فلز ساخته شده اند، از جمله تماس های مس بریلیوم زره ای و زیربناهای نیکل. مواد دی الکتریک پولیترافلوروتین (PTFE) با گاز کم می توانند TML کمتر از 1.0% و CVCM کمتر از 0.10%.

سری Tromper سطح فضا شامل دو نوع از کانکتورهای کوچک برای اتصال است. کانکتور TRB یک قفل چنگال را اتخاذ می کند (شکل 3)در حالی که کانکتور TRT یک اتصال رشته ای را اتخاذ می کند (شکل 4)هر نوع طراحی های متعددی را برای اجازه اتصال از طریق تخته ها، پایانه های کابل یا تخته های مداری چاپی (PCB) ارائه می دهد.