بالمقارنة مع دفع المنتجات من الأرض إلى السوق، إطلاق المنتجات إلى الفضاء هو أكثر تعقيدا بكثير.تعمل بشكل موثوق وخالية من الصيانة خلال عمرها المتوقع، ودعم الحدود الوزن والحجم من إطلاق.
في هذه البيئة، يتحول مصممو المنتجات إلى أجزاء مؤهلة للطيران والفضاء (QPS) التي تم تصميمها بالفعل واختبارها ومراجعتها لاستخدامها بنجاح في التطبيقات الفضائية.وقد وصلت QPS إلى الحد الأقصى لمستوى نضج التكنولوجيا (TRL) الذي وضعته الإدارة الوطنية للطيران والفضاء (ناسا) في الولايات المتحدة.
يتم تقسيم TRL إلى مستويات من 1 إلى 9 ، مما يعكس عملية المنتج من الفكرة إلى الأداء الناضج (الشكل 1). تظهر TRL من 1 إلى 3 كيف يعمل المنتج نظرياً ،من المفاهيم الأساسية إلى التحقق من صحة المفهومتغطي TRL 4 إلى TRL 6 الاختبارات الأولية والمحاكاة.
صورة عملية TRL من وكالة ناسا
الشكل 1: تمثل NASA TRL عملية منتجات الطيران الفضائي من الفكرة الأولية إلى نضج الأداء.يمكن اعتبار الأجزاء ذات TRL 9 فقط أجزاء QPS بعد تصنيعها واختبارها وفقًا للمعايير المعترف بها. (مصدر الصورة: حلول الاتصال Cinch)
لقد حققت المنتجات التي تصل إلى مستوى TRL 9 نجاحًا في التطبيقات الفضائية العملية. بالإضافة إلى تحقيق هذا المستوى العالي من TRL ،يجب على الأجزاء أيضًا اجتياز إجراءات اختبار محددة لتعتبر QPSتتفاوت معايير التحكم في هذه المتطلبات تبعاً لنوع الجزء. على سبيل المثال، يجب اختبار خفّفات QPS وفقًا لمعايير مستوى MIL-DTL-3933 T،في حين أن وصلات QPS الإلكترونية تخضع لمعيار EEE-INST-002 من ناسا.
فهم التحديات المحددة التي تواجه التطبيقات الفضائية يمكن أن يساعد المصممين على اختيار QPS الموجودة مع الأداء الذي يلبي متطلباتهم ،تقليص الوقت من الفكرة إلى النشر، وتسليم المنتجات إلى السوق في الوقت المحدد وفي حدود الميزانية.
التغلب على إزالة الغازات
القدرة على العمل في الفراغ والدرجات الحرارية القصوى هي واحدة من أكبر العقبات التي يجب على مكونات الفضاء التغلب عليها.الفراغ في المدار الأرضي المتوسط (MEO) على مسافة 1234 إلى 22234 ميل من الأرض، حيث تعمل أقمار الصناعة الصناعية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في هذا الارتفاع، لديه متوسط درجة فراغ من 1 mTorr إلى 1 μ Torr.المكونات في هذه التطبيقات وغيرها لها درجات حرارة منخفضة إلى -270 درجة مئوية في الظل وارتفاع إلى + 121 درجة مئوية في أشعة الشمس المباشرة.
قد تعاني الأجزاء غير المعدنية من "إزالة الغازات" عند تعرضها للفراغ وبيئات ذات درجات حرارة عالية.هذه الظاهرة تشير إلى هجرة الغازات المتبقية داخل المادة خلال عملية التصنيع نحو السطحهذا الهجرة يمكن أن تؤدي إلى الشقوق داخل المادة، وبالتالي إضعاف قوتها. الغاز الذي يتم إطلاقه يمكن أيضا أن تكثف وتجمد في أجزاء أخرى،يسبب ضررًا للمكونات البصرية مثل الغموض وحجب المستشعر.
يتم قياس شدة إزالة الغازات عن طريق خسارة الكتلة الإجمالية (TML) للمكون في ظل الظروف الفراغية والحرارية ، والتي يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من الكتلة الأصلية.يقوم المصنعون أيضًا بقياس نسبة المواد القابلة للتكثيف المتطايرة (CVCM) التي يمكن جمعها، والتي هي كمية المواد المزودة من الغازات التي تتكثف على الأسطح الباردة. تم إجراء كلتا الاختبارات وفقًا لبروتوكول ASTM E595.الذي يتطلب الاحتفاظ بالعينات عند + 125 درجة مئوية وأقل من 5 × 10-5 تور لمدة 24 ساعة.
يجب أن تخضع معظم المكونات الإلكترونية لاختبار إزالة الغازات لتكون جزءًا من QPS بسبب استخدام مواد العزل والدرع غير المعدنية.سينش دورا كون من حلول Cinch Connectivity TM في هذا الوضعالعزل غير المعدني والمتصلح حرارياً حول الدبابيسطبقة عزل الأسلاك من إيثيلين تيترافلوريو إيثيلين (ETFE) في موصلات Dura Con لديها خسارة أقل من 1٪ من إجمالي وزنها و CVCM أقل من 0.01% أثناء الاختبار
صورة رابط TE Connectivity Dura Con
الشكل 2: يستخدم رابط Dura Con مادة عزل منخفضة الغازات ، والتي تتجاوز متطلبات معيار EEE-INST-002 التابع لناسا للموصلات الإلكترونية لتطبيقات LEO (مصدر الصورة:حلول الاتصال (Cinch Connectivity Solutions)
هذه الاتصالات المطلية بالنيكل تتوافق مع معيار MIL-DTL-83513 وهي مناسبة للاتصالات الكهربائية المستطيلة المصغرة. يمكنها استيعاب 9 إلى 100 موضع إبرة ، مع عرض قاعدة 0.775 "إلى 2.160" و ارتفاع من 0.298 "إلى 0.384".
وفقًا لمعايير اختيار الموصول الإلكتروني EEE-INST-002 من ناسا،تصميم ومستوى إزالة الغاز منخفض لهذه الموصلات تجعلها مناسبة للمدار الأرضي المنخفض (LEO) على ارتفاعات تصل إلى 1200 ميلتلسكوب هابل الفضائي، محطة الفضاء الدولية، ومجموعة من الأقمار الصناعية الصغيرة التي تجعل الاتصالات العالمية ممكنة كلها تعمل في مدار في هذه المنطقة.
يحدد معيار EEE-INST-002 أيضًا ثلاثة مستويات حرجة للموصولات الإلكترونية. الموصولات من المستوى 1 هي موصولات مهمة حرجة ، والموصولات من المستوى 2 تتطلب موثوقية عالية ،وموصولات المستوى 3 هي مستويات موثوقية قياسيةوصلات (دورا كون) تصنف على المستوى 2
تقليل التداخلات الإشعاعية
بالإضافة إلى مخاطر الفراغ ودرجات الحرارة القصوى، يجب أن تكون المكونات في الفضاء قادرة على تحمل مستويات عالية من الإشعاع.هذه المكونات سوف تتعرض لأشعة فوق البنفسجية الكاملة (UV)وبالإضافة إلى المدار الأرضي المنخفض، فإن أشعة جاما وغيرها من الإشعاع المؤين هي أيضاً مصدر قلق. 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).
المكونات الكهربائية مثل "ترومبر كيو بي إس" من شركة "سينش" للاتصالات، والتي يمكن أن تحل هذه المشكلة،لديها وظائف قوية للتداخلات الراديوية وتداخلات الكهرومغناطيسية، ويمكن أن تلبي متطلبات مواصفات حركة البيانات MIL-STD-1553B.
كما أنها مصنوعة أساسا من المعدن ، بما في ذلك الاتصالات النحاسية البريليوم المطبقة بالذهب وأساسات النيكل..0% و CVCM أقل من 0.10%.
تتضمن سلسلة Tromper المستوى الفضاء نوعين من الموصلات الصغيرة للاتصال. يعتمد مرفق TRB قفل البهام (الشكل 3) ،بينما يستخدم رابط TRT اتصالًا متداخلًا (الشكل 4)يقدم كل نوع تصاميم متعددة للسماح بالاتصالات من خلال اللوحات أو نهاية الكابلات أو ألواح الدوائر المطبوعة (PCBs).