Соединительные решения компании Glenair для применения в аппаратуре космического назначения

Введение

Компания Glenair ведет свою историю с 50‑х годов прошлого века. Среди разработчиков радиоэлектронной аппаратуры специального назначения она известна, прежде всего, как производитель широкого ассортимента аксессуаров для цилиндрических и прямоугольных врубных соединителей стандартов MIL и ARINC. Glenair также один из ведущих мировых производителей соединителей для ответственных применений. Среди направлений, которые активно развивает компания, — соединительные решения для космической аппаратуры.

Завод Glenair UK LTD, расположенный в Ноттингемшире (Великобритания), является центром разработки, изготовления и сертификационных испытаний соединителей серии Micro-D и Nano-D, поставляемых более 25 лет и предназначенных для европейского и глобального космического рынков. Вся продукция Glenair выпускается на трех производственных площадках: в США, Великобритании и Италии. Диапазон линеек изделий весьма широк, начиная со стандартных соединителей под пайку провода и монтаж на плату и заканчивая сложными экранированными кабельными сборками. Производственный персонал Glenair прошел обучение и получил квалификацию в соответствии с нормами стандарта IPC/WHMA-A‑620 «Требования и критерии приемки для кабелей и монтажных жгутов в электронных сборках» и стандартов ESA (Европейское космическое агентство) по операциям пайки и обжимки: ECSS-Q‑ST‑70-08 и ECSS-Q‑ST‑70-26.

Обзор серий соединителей

Серия Hiper-D

Соединители серии Hiper-D (рис. 1) отвечают стандарту M24308 типа D‑Sub и имеют ряд доработок, обеспечивающих значительное улучшение их характеристик. В отличие от соединителей стандарта M24308 с корпусами из штампованной стали, корпуса соединителей Hiper-D фрезеруют из цельного бруска алюминия или стали. Диэлектрические вставки выполнены из термореактивного эпоксидного материала для улучшенной защиты от химических воздействий и обеспечения возможности длительной работы при температурах до +200 °C. Фторосиликоновые заглушки с обеих сторон создают гидроизоляцию. Разъемы Hiper-D являются взаимосочленяемыми со стандартными D‑Sub соединителями M24308, а наличие специальной пружины обеспечивает улучшение экранирующих свойств.

Рис. 1. Соединитель Hiper-D:
а) внешний вид;
б) в разрезе

Особенности соединителей серии Hiper-D:

1. Прямоугольные защищенные соединители с извлекаемыми контактами.
2. Улучшенные температурные, вибрационные и экранирующие характеристики.
3. Совместимость со стандартом M24308/D‑Sub.
4. Усовершенствованные опции по монтажу на панель.
5. Возможность выбора покрытия, не содержащего кадмий.
6. Серия доступна во всех 11 стандартных и 20 комбинированных контактных схемах.
7. Соединители доступны как при обычной плотности расположения контактов (AWG #20), так и при повышенной плотности (AWG #22).
8. Возможность использования силовых и коаксиальных контактов размера #8.
9. Пружина для улучшения экранирующих свойств.
10. Изоляторы из термореактивного эпоксидного материала.
11. Наличие герметизирующих вставок.
12. Цельный фрезерованный корпус.
13. Наличие направляющих для слепой стыковки соединителей.

В таблице 1 приведены основные параметры, материалы и покрытия соединителей Hiper-D.

Серия Micro-Crimp

Следующая серия прямоугольных соединителей Glenair — Micro-Crimp (рис. 2). Основной особенностью этих решений является наличие обжимных извлекаемых контактов размера #23 (шаг контактов 1,9 мм), а также обжимных силовых и коаксиальных контактов размера #12 и #16, применяемых в широком диапазоне комбинированных контактных схем. Для соединителей серии Micro-Crimp доступна 31 контактная схема, что обеспечивает большой выбор различных комбинаций для сигналов.

Рис. 2. Соединитель Micro-Crimp:
а) внешний вид;
б) в разрезе

Современные аэрокосмические системы требуют повышенного уровня защиты от внешних климатических и электромагнитных воздействий, а также снижения массо-габаритных характеристик. Серия Micro-Crimp была разработана специально для обеспечения этих условий. Соединители для монтажа на панель имеют токопроводящие герметизирующие уплотнительные кольца. В разъемах, предназначенных для монтажа на плату под прямым углом, предусмотрен экранирующий кожух для снижения электромагнитных помех. Герметизирующие вставки со стороны выводов проводников и уплотнители с лицевой стороны разъемов защищают блок от влаги и загрязнений. Изделия серии Micro-Crimp снабжены также дополнительной пружиной для защиты от электромагнитных помех.

В таблице 2 приведены основные параметры, материалы и покрытия соединителей Micro-Crimp.

Особенности соединителей серии Micro-Crimp:

1. Наличие извлекаемых обжимных контактов.
2. Интегрированный экранирующий кожух в соединителях для монтажа на плату.
3. Возможность использовать силовые и коаксиальные извлекаемые обжимные контакты размеров 12 и 16.
4. Интегрированная пружина для улучшения электромагнитных характеристик.
5. Большой выбор контактных схем, в том числе комбинированных.
6. Направляющие для слепого сочленения.
7. Токопроводящие фланцы, обеспечивающие герметичность.

Серия Micro-D

Семейство миниатюрных прямоугольных соединителей серии Micro-D (рис. 3) с контактами Twist Pin обеспечивает отличное сочленение, высокую надежность и минимальное контактное сопротивление. В соединителях Micro-D используются контакты Twist Pin с шагом 1,27 мм с количеством контактов от 9 до 130. Доступны варианты с изолированным и неизолированным проводом, для монтажа на печатную плату, под пайку провода.

Рис. 3. Соединитель Micro-D:
а) внешний вид;
б) в разрезе

Соединители серии Micro-D Twist Pin разработаны на основе соединителей стандарта MIL-DTL83513, однако имеют ряд преимуществ по сравнению с ними:

1. Более низкое сопротивление цепи.
2. Высокая вибростойкость и ударопрочность.
3. Улучшенные прочность, коррозионная стойкость, защита от климатических воздействий и экранирующие свойства.
4. В линейку соединителей и аксессуаров Micro-D входит широкий выбор конфигураций:
5. Металлический или пластиковый корпус.
6. Исполнение под пайку проводников.
7. Исполнение с заделанным проводником.
8. Для монтажа на плату.
9. Низкопрофильное исполнение.
10. Однорядное исполнение.
11. Сохранители.
12. Крепежные элементы.
13. Кожух и прочие аксессуары.

В таблице 3 приведены основные параметры, материалы и покрытия соединителей серии Micro-D.

Соединители Nano-D

Соединители серии Nano (рис. 4) с шагом контактов 0,635 мм — это следующий этап в развитии соединителей в прямоугольном исполнении для применения в системах ввода/вывода на уровне печатных плат.

Рис. 4. Соединитель Nano-D:
а) внешний вид;
б) в разрезе

В данной серии используются контакты Twist Pin, а также фрезерованные корпуса из алюминия, титана или нержавеющей стали, что обеспечивает высокую прочность при минимальной массе и размерах. Эти ультраминиатюрные соединители идеально подходят для ответственных применений, когда в силу ограничений массы и габаритов нет возможности использовать более крупные соединители, такие как D‑Sub MIL24308. Благодаря надежной контактной системе соединители Glenair серии Nano находят широкое применение в наиболее востребованных ответственных применениях, для которых важно снижение массо-габаритных характеристик. Контактная система соединителей Glenair состоит из штыря Twist Pin (миниатюрная версия контакта Twist Pin, предусмотренного в серии Micro-D) и гнезда, обеспечивающего очень высокую надежность и устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам.

В таблице 4 приведены основные параметры, материалы и покрытия соединителей Glenair серии Nano.

Кабельные сборки Space Wire

Успех любой космической миссии начинается с надежного канала передачи данных, и кабельные сборки Glenair Space Wire, спроектированные в соответствии со стандартами ECSS-E‑ST‑50-12C (Европейская организация по стандартизации в области космической деятельности), обеспечивают его. Кабельные сборки Glenair Space Wire поддерживают двунаправленную высокоскоростную передачу данных до 400 Мбит/с при значительном уменьшении уровня перекрестных помех, искажений и затухания сигнала. Готовые кабельные сборки позволяют снизить затраты на проектирование. Благодаря этому, а также отличным характеристикам решения Space Wire Glenair применяются в различных спутниковых программах (рис. 5).

Рис. 5. Кабельная сборка Space Wire

Области применения:

• Наземное вспомогательное электрооборудование.
• Радиолокационные системы.
• Оборудование видеокамер высокого разрешения.
• Подсистемы запоминающих устройств, датчиков и телеметрии.

Особенности кабельных сборок Space Wire Glenair:

1. Доступны в исполнениях для летных и для лабораторных применений.
2. Диапазон рабочих температур: –200…+180 °C.
3. Электрические характеристики:

• напряжение пробоя изолятора 600 В;
• сопротивление изоляции 5000 МОм при напряжении 500 В.

4. Кабельные сборки маркируются либо индивидуальным партномером Glenair, либо в соответствии с требованиями маркировки компонентов ESCC.

Материалы и покрытия:

1. Корпуса соединителей и кожуха — алюминиевый сплав с никелевым покрытием.
2. Изолятор — высококачественный жесткий диэлектрик.
3. Контакты — покрытые золотом контакты из медного сплава.
4. Крепежные элементы — пассивированная нержавеющая сталь.

Соединители серии Mighty Mouse

Компания Glenair разработала серию соединителей Mighty Mouse (рис. 6) около 20 лет назад как уменьшенный и облегченный аналог соединителей стандарта MIL-DTL‑38999. Основная цель создания серии — значительно уменьшить размер и вес этих соединителей для ответственных летных применений, сохранив их основные преимущества и характеристики. Работы по миниатюризации осуществлялись в направлении уменьшения размеров корпуса и интеграции аксессуаров для заделки экрана в корпус соединителя. Это позволило не только значительно уменьшить вес и размеры, но и снизить стоимость решений и упростить их эксплуатацию.

Рис. 6. Соединитель серии Mighty Mouse (розетка в разрезе)

В соединителях серии Mighty Mouse предусмотрена возможность использования различных контактов: сигнальных низко-частотных, силовых, высокочастотных, твинаксиальных, квадраксиальных, оптических и других специальных контактов. Также соединители Mighty Mouse обеспечивают широкий выбор контактов различных размеров и типов, включая устройства размеров AWG 23, 20, 20HD, 16, 12 и 8. Помимо этого, Glenair предлагает широкий спектр комбинированных гибридных контактных схем.

В таблице 5 приведены основные параметры, материалы и покрытия соединителей Mighty Mouse.

Следует, кстати, отметить, что в серии Mighty Mouse имеется прямоугольный вариант исполнения — описанная выше серия Micro-Crimp. Данная серия использует тот же широкий набор контактов и контактных схем, в том числе гибридных. Таким образом, при необходимости можно заменить цилиндрический форм-фактор прямоугольным и наоборот, сохранив контактные схемы, что делает процесс разработки более гибким.

Герметичные соединители

Герметичные соединители Glenair предназначены для жестких условий эксплуатации. К примеру, чувствительные фотоэлементы и датчики, размещенные на беспилотных летательных аппаратах, должны работать в тяжелых климатических условиях, на больших высотах, под экстремальным атмосферным давлением и при резких перепадах температур.

Под герметичностью в данном случае понимается условие непропускания воздуха или какого-либо газа внутрь блока. В соединительных решениях герметичность относится к технологиям, обеспечивающим предотвращение проникновения газов под давлением через соединитель. Необходимо не допустить образования конденсата в корпусе при попадании газа внутрь. Ведь и небольшое количество влаги в корпусе может нарушить работоспособность электроники внутри изделия.

Компания Glenair представляет широкую линейку герметичных соединителей различных серий, часть из которых показана на рис. 7. Нужно отметить, что здесь представлены далеко не все серии герметичных соединителей Glenair, а только их часть. Среди данных серий присутствуют перечисленные выше линейки, широко применяемые в космосе, — D‑Sub Mi-DTL‑24308, Micro-Crimp, Micro-D, Mighty Mouse.

Рис. 7. Герметичные соединители компании Glenair

Модификации герметичных соединителей по степени герметичности

Glenair предлагает линейку герметичных соединителей с более жесткими требованиями по степени утечки. Добавляя обозначения «-585» и буквы: А — скорость натекания гелия 1×10^–10 сс/s (см³/с), B — 1×10^–9 сс/s, C — 1×10^–8 сс/s, можно выбрать соединитель, степень герметичности которого превышает стандартную — 1×10^–7 сс/s для большинства герметичных соединителей Glenair.

Модификационные коды

Космическая аппаратура требует применения компонентов с низким уровнем выделения газов из материалов, чтобы предотвратить порчу оптики и других чувствительных инструментов. В связи с этим необходимо, чтобы соединители, установленные в подобной аппаратуре, соответствовали требованиям по дегазации. Для этого Glenair предлагает специальные модификационные коды при выборе соединителей для космической аппаратуры, которые обеспечивают необходимые требования.

Рассмотрим процесс определения модификационных кодов на примере соединителей серии Micro-D.

Соединители Micro-D являются хорошим выбором как для орбитальных проектов, так и для проектов освоения глубокого космоса. Модификационные коды Glenair 897 и 429 при добавлении их к стандартным партномерам соответствуют требованиям ESA или NASA без проведения дополнительных проверки и испытаний.

О процессе дегазации

Уплотнительные прокладки на розетках Micro-D не соответствуют требованиям NASA до тех пор, пока не будет выполнен процесс дегазации в термокамере или термовакуумной камере. Некоторые потребители, выбирая необходимую опцию, указывают удаление герметизирующей прокладки, другие предпочитают опцию термической обработки, а третьи — опцию термовакуумной дегазации. Модификационные коды для каждой опции представлены в таблице 6.

Как заказать соединитель Micro-D уровня Space Grade

Шаг 1. Сформировать партномер в соответствии с необходимыми требованиями (количество контактов, материал, способ монтажа и т. д.). Для удобства в каталог уже включены нужные опции, такие как золотое и никелевое покрытие корпуса соединителя, которые одобрены для применения в космосе.

Шаг 2. Определить требования ESA или NASA по уровню квалификационного отбора. Термин «квалификационный отбор» относится к процедуре выходного контроля:

• 1‑й уровень — наивысшей надежности для критически важных задач;
• 2‑й уровень — высокой надежности;
• 3‑й уровень — стандартной надежности.

Шаг 3. Указать модификационный код по таблице 6, который соответствует желаемому уровню квалификационного отбора, и выбрать процесс дегазации (термообработка или термовакуумная обработка). Затем добавить модификационный код в конец партномера соединителя. Например: MWDM2L‑37P‑6J5-18L‑429C.

Модификационные коды определяются аналогичным способом и для других серий соединителей Glenair: Hiped-D, Micro-Crimp, Nano-D, Mighty Mouse и т. д. Подробную информацию можно найти в технической документации для соответствующей серии.

Испытательная лаборатория Glenair UK

Производственное предприятие Glenair UK обладает всеми техническими возможностями для выпуска самых надежных соединительных систем, включая разработку, технологию литья под давлением, чистую комнату для осуществления сборки и проведения квалификационных испытаний.

Перечень продукции Glenair для космического применения также поддерживается собственной независимой аккредитованной испытательной лабораторией. Сертифицированная в соответствии с ISO/IEC 17025:2005 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий», тестовая лаборатория Glenair способна осуществлять любые квалификационные программы проверки для космической индустрии, начиная от испытаний по дегазации и заканчивая полными квалификационными программами NASA и ESA.