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C&K的Micro-D连接器助力NASA火星任务

2019-06-10 08:38

对于 NASA最新火星探测器而言, 超高可靠性是重中之重,因此会采用 C&K 的 Micro-D 连接器

长期以来, 火星一直吸引着我们地球人;早在 1893 年, 意大利天文学家 Giovanni Schiaparelli 就确信自己通过望远镜观察火星时发现了人工运河 ─ 从那时起, 火星开始成为人类关于太空遐想的焦点。

近期以来, 我们开始全身心探索这颗星球;尤其值得注意的是, 这是在好奇心驱使下探索火星上是否存在生命。NASA 制定了一项明确的长远目标, 那就是把宇航员送去火星 ─ 尽管现在看来还遥不可及。

早在 1960 年, 俄罗斯就曾尝试向火星发射探测器, 但以失败告终;1965 年, NASA 的「水手 四号」探测器首次飞越火星;1971 年, 俄罗斯实现首次登陆火星 ─ 自那以后, 俄罗斯已成功实施多次登陆。

直到最近, 所有这些任务都主要关注火星表面。随着 NASA 最新任务「洞察号」的实施, 重点已转移到火星内部研究上。

经过 5.48 亿公里长途漫游, 洞察号探测器于 2018 年 11 月 26 日在火星赤道附近安全着陆。接下来两年时间内, 洞察号将致力于回答「45 亿年前这颗红色行星是如何形成」这一基本问题, 以及更广泛地讲,「其他岩石行星是如何形成的」。

地表部署地震仪

通过地震活动监测, 洞察号将向我们揭示更多关于火星内部的秘密:它最初如何形成?内部由什么组成?甚至地表下面是否存在液态水?了解火星地质知识还能帮助我们探究 40 多亿年前地球的形成机理, 因为火星小到足以保留更多关于这些过程的证据。

内部结构地震实验设备 (SEIS) 是洞察号三大主仪器之一;作为地震仪, 其可测量微小振动, 提供关于火星结构(地壳、地幔和地核)及其内部活动的最新资料。

12 月 19 日, 洞察号 1.8 米长的机械臂将 SEIS 安置在火星表面, 标志着航天器首次将地震仪自动部署到其他行星。

火星任务甄选可靠连接器

图 1:火星部署 SEIS(资料来源:NASA / JPL-Caltech)

地震仪采用三个钛摆, 每轴设置一个;它们可以在一个保护性真空室(容量为 3 升的球体)内自由移动, 这意味着:任何振动都会使钛摆相对于地震仪其余部分进行移动, 从而实现位移测量。

SEIS 对「火星震」产生的振动或震波以及由沙尘暴和大气湍流引起的地表震动进行测量。该设备还将在为期两年的任务中探测 5 到 10 颗流星的撞击。此次使用的地震仪极其灵敏, 能够探测到比氢原子还小的移动。

可靠的连接器

对于任何太空应用而言, 选择部件的首要标准是可靠性。在地球轨道上, 我们可能有第二次机会解决问题 ─ 例如, 我们可以借助哈勃望远镜。但对于洞察号而言, 它与地球的距离意味着一切都必须完美;因此, 连接器等至关重要的小型部件必须仔细规范和设计。

为确保完全可靠, 洞察号的地震仪采用 C&K 的 MDMA  系列 Micro-D 连接器。如图 2 所示, 地震仪前部装有 C&K 连接器。这些连接器确保 SEIS 能够每天都向着陆器发送 38 兆位的数据。

此种连接器小巧轻便:最小有 2.3g 的 9 针连接器, 最大到 7.3g 的 51 针版。

火星任务甄选可靠连接器

图 2:洞察号 SEIS 地震仪(资料来源:CNES / Martin Emmaunelle)

连接器可使用 AWG24、AWG26 和 AWG28 标准绝缘线或 AWG25 标准非绝缘实芯线。连接器在 150Vrms 工作电压条件下额定电流高达 3.5A(AWG24 标准线), 并且完全兼容其他供应商提供的 Micro-D 连接器。

这些都是标准部件, 无需针对火星任务进行特别准备。由于 C&K 连接器主要面向航空航天市场, 所有连接器设计均确保极端条件下的可靠性, 并经过适当测试和认证。客户有时会进行低温冷冻等额外测试, 但洞察号任务并不需要这样做。

世界各地航天机构将连接器用于卫星、发射器、望远镜和其他航天器应用, 部件符合 ESA-ESCC、MIL-M24308 和 GSFC-311P 规范, 包括 ESCC 规范 3401/077(连接器)和 3401/078(可拆卸压接接触件)。

为确保在太空可靠运行, 连接器选材非常重要。MDMA 系列连接器均符合此种选择所依据的主要标准, 指标包括:不因温度条件而产生放气或电阻微弱变化;无磁性或磁性极低。接触电阻极低, 只有 5mΩ(额定电流条件下)。

连接器外壳采用铝合金材质, 表面可在铜基材上覆盖 25.4μm 无电镀镍, 或在 25.4μm 无电镀镍上覆盖 2.54μm 金材。洞察号任务选择在铜基材上覆盖 25.4μm 无电镀镍。

绝缘器采用液晶聚合物, 阴阳触头均采用铜基材覆盖 1.27μm 金材质。连接器可配用栓住螺母或选配浮动安装连接件, 采用 303 型钝化不锈钢材质。

定制线束

除可靠性和符合 ESCC 规范要求之外, C&K 选择连接器的另一个关键因素是客户可以制作自己的线束 ─ 目前没有任何其他供应商能够做到这一点。

C&K 开发了一套可折叠、可拆卸的接触器系统, 用固定夹代替常见的「焊接柱」或「有线」端接, 其优点如下:

· 线束长度灵活可调, 可完美适合应用条件, 从而为太空任务「减重」。

· 线束无需使用收缩管。

· 客户可以制作自己的线束, 如有需要, 还可以为每个接触器选择不同的线束类型和尺寸。

· 通过确保只使用必需电线可以降低线束制造商成本。

结论

对于洞察号这样的高规格任务, 一切都必须完美。任何问题都可能导致科学家们错过探测器能捕捉到的最佳数据。

此项任务已经发回了图像、音频和视频, 地震仪也记录了火星风导致洞察号太阳能电池板振动情况。

现在下结论还为时尚早, 但到目前为止一切都非常顺利。C&K 可靠的连接器将有助于保持这种良好状态。

文:Remi Antoine, C&K

连接器NASA火星任务

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