航天器小型化趋势下，如何实现紧凑可靠的连接？
随着新一代发射系统不断发展，太空探索正变得前所未有地触手可及。与此同时，设计人员亟需能够承受轨道环境严苛挑战的低矮型连接器解决方案。了解Harwin如何通过创新连接器技术，为下一代纳米卫星提供可靠连接。
航天产业正迎来前所未有的发展机遇。全球各地不断涌现新的科研项目，越来越多的商业企业也开始将目光投向太空，积极探索新的市场和商业模式。近年来，全球航天发射次数屡创历史新高，且这一增长势头仍在持续。
事实上，非政府主导的航天应用早已存在多年。卫星通信、导航和遥感成像等领域均已形成成熟的商业市场。然而，在很长一段时间里，将载荷送入太空的发射能力主要掌握在政府航天机构手中。
图源： NASA 让太空飞行更加普及
商业太空发射公司依托新技术，大幅降低了成本。在NASA航天飞机计划的全盛时期，将设备送入近地轨道（LEO）的成本高达每公斤50,000美元以上。相比之下，如今SpaceX公司的“猎鹰9号”火箭宣称可将相同任务的成本降至每公斤3,000美元以下 [1] 。
随着发射成本不断下降，以及拼车发射计划和专用小卫星发射系统等新模式的出现，小型卫星发射变得更加经济可行。如今，即使是规模较小的机构和企业，也有能力部署自己的小型卫星。
由此，一个全新的市场应运而生，推动了新一代航天设备的发展，其中最具代表性的便是纳米卫星。这类卫星体积小、重量轻，通常仅为几千克。以广受欢迎的立方星为例，其采用标准化的10cm立方体规格设计，大幅简化了卫星在发射系统中的集成与部署。
除了发射成本降低外，设计人员还在积极采用商用现成系统 (COTS)。利用商业市场上现成的组件，进一步降低了太空研究和探索的成本。学校和小型企业甚至首次具备了自主研制并发射卫星的能力，可将其用于纯科学研究以及商业应用。目前在轨的卫星已超过4400颗，且数量每年都在增长 [2] 。
关键技术的进步推动了新一代小型卫星的发展。现代微电子系统采用小巧且节能的封装形式。这些系统与微型传感器、大容量电池系统以及高速通信技术协同工作，将强大的功能集成于轻巧的小型设备之中。
因此，纳米卫星堪称紧凑设计的杰作，其高密度印刷电路板在有限的空间内实现了最大的功能性。将这些系统整合在一起的关键要素是连接器。板对板连接器在电路板之间提供了至关重要的连接，而电缆则沿电路板堆叠的外侧上下延伸，将电源和数据传输至所有组件。
图1 Gecko连接器触点尺寸对比 （图源：Harwin） 适用于极端环境的连接器
尽管这些小型设备能够集成强大的功能，但其设计仍面临巨大挑战，因为它们必须在业内最严苛的环境之一，即轨道环境中可靠运行。太空中的真空环境，加上极端温度以及长期暴露于辐射中，使得卫星设计面临着独特的挑战。
在没有地球大气层保护的情况下，太空中的任何物体都会受到太阳辐射的直接冲击。在阳光直射的区域，温度会迅速升至危险水平；而处于阴影中的区域则会变得非常寒冷。因此，必须非常谨慎地选择元器件的制造材料，以确保其具备宽广的工作温度范围。
大气压力的缺失也会导致材料表现出异常行为。在真空条件下，某些材料会释放出制造过程中被困住的气体。这一过程被称为“脱气”，是塑料在太空飞行中暴露于真空环境时常见的问题。释放出的气体可能会在低温表面凝结，包括科学仪器的传感器表面，从而严重影响其性能。
图2 Gecko MT系列 （图源：Harwin） 可靠性
卫星需要在远离地球且几乎无法进行维修的环境中长期稳定运行。因此，用于航天应用的连接器不仅要能够承受发射过程中的严苛考验，还必须具备长期可靠性，同时尽可能减轻重量。
除了机械可靠性要求外，卫星的设计还必须满足长期任务运行的需求。在整个任务周期内，电源管理是一项关键考量，因此航天器必须经过精心设计，以尽可能延长运行时间。在严格的功耗预算限制下，任何引入不必要电气阻抗的组件都可能危及任务。
Harwin Gecko连接器
面对新一代纳米卫星设计中的空间布局挑战，Harwin Gecko连接器系列提供了理想解决方案。其兼具小型化设计、卓越性能和可靠性，能够从容应对航天应用中的严苛工况。
Gecko连接器的核心在于其精密加工的触点。这些采用1.25毫米间距的微型触点具有极高的耐用性，可承受超过1000次操作，同时能抵御太空发射过程中产生的冲击和振动。其低接触电阻最大限度地减少了损耗，并确保了卫星全系统内高效的电源和信号传输。
在卫星内部有限的空间内， Gecko-MT（“混合技术”）系列将1.25毫米间距的信号触点与更大的电源触点结合在同一外壳中，每条电路可承载高达10安培的电流。凭借这种信号与电源混合传输能力，Gecko-MT为PCB空间极为宝贵的区域提供了灵活且低矮的解决方案。
Gecko系列连接器之所以能够胜任航天应用，还得益于其采用了高性能材料。其玻璃纤维增强热塑性绝缘体可支持 -65°C至+150°C的工作温度范围。此外，该材料具有低释气特性，非常适合在太空真空环境中使用。Gecko系列还可通过配备机加工铝制后壳，实现有效的电磁干扰 (EMI) 屏蔽保护。
结语
随着太空产业加速商业化，中小型组织如今也有机会打造自己的卫星。然而，尽管商业化进程不断推进，太空飞行环境的严苛条件依然要求设计人员在选择组件时格外谨慎，以确保系统的可靠运行。
Harwin专注于研发面向高可靠性应用的连接器产品。其Gecko和Gecko-MT系列凭借小型化和高可靠性特性，成为下一代纳米卫星及太空探索任务的理想选择。
本文最初发表于Wevolver，经授权后转载于此。
作者简介
Harwin是一家专业生产高可靠性互连产品的制造商，其产品专为严苛环境设计，能够承受极端振动、冲击和温度条件。旗下Datamate、Gecko和M300产品系列在军事、航空航天及其他安全关键型市场中拥有久经考验的业绩。此外，Harwin还提供EMC屏蔽产品等板级解决方案，通过支持自动化装配工艺，帮助客户提升可靠性和设计灵活性，同时降低总体成本。针对商业应用，Harwin还提供符合行业标准的连接器和PCB硬件。