航天器用低頻電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)案例

航天器的低頻電纜網(wǎng)是航天器總體電路分系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能包括：

① 實(shí)現(xiàn)航天器各電子設(shè)備間供電與信號(hào)的傳輸。

② 為電子設(shè)備和“地”之間建立低阻抗電傳導(dǎo)通路。

③ 提供航天器與運(yùn)載火箭及與地面測(cè)試設(shè)備的電氣接口。

④ 實(shí)施對(duì)航天器火工品、太陽(yáng)電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、蓄電池組等的安全保護(hù)。

本篇對(duì)某航天項(xiàng)目低頻電纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，以供參考。

一、電連接器的選擇

電連接器選用的一般要求如下：

① 在選用電連接器時(shí)，根據(jù)所需傳輸電路的要求確定連接器的芯數(shù)。

② 根據(jù)實(shí)際使用需求，確定電連接器的工作電壓、工作電流（額定電流），以及相關(guān)的電氣性能，如接觸電阻、絕緣電阻、耐電壓等。

③ 同時(shí)考慮電連接器是否有抗干擾要求。

④ 根據(jù)電連接器所處系統(tǒng)的力學(xué)環(huán)境指標(biāo)確定電連接器的振動(dòng)、沖擊、碰撞、加速度（離心）等指標(biāo)要求。

根據(jù)航天產(chǎn)品的使用環(huán)境，本項(xiàng)目選用了以下電連接器。

（1）J30矩形電連接器

本項(xiàng)目主要采用了貴州航天電器廠（3419廠）生產(chǎn)的J36、J14和J30系列電連接器。J30系列電連接器（J14、J36電連接器外形與之類似，只是引腳間距等略有差別）包括J30（不帶金屬外殼，無(wú)鎖緊裝置）、J30J（帶金屬外殼，有鎖緊裝置）和J30JM（帶金屬外殼，有鎖緊裝置，有密封性）三種類型。

J36A矩形電連接器如圖1所示。

圖1 J36A矩形電連接器

J30系列電連接器采用了絞線式插針，使得單個(gè)接觸件接觸點(diǎn)達(dá)到7個(gè)，提高了接觸的可靠性，同時(shí)采用了1.27mm網(wǎng)絡(luò)，接觸件密度更大，外形尺寸減小，質(zhì)量輕。如J30J系列產(chǎn)品的芯數(shù)有9、15、21、25、31、37、51、66、74、100共10種型譜可供選用，如圖2所示。J30電連接器主要技術(shù)特征如表1所示。

圖2 J30J系列電連接器型譜排列

表1 J30電連接器主要技術(shù)特征

（2）Y27A系列圓形電連接器

Y27A系列圓形電連接器符合GJB 2905的標(biāo)準(zhǔn)要求，連接可靠，連接和分離方便、快捷，具有抗振動(dòng)、防鹽霧、防電磁干擾的性能，有防塵、防雨及氣密性品種，廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶及通信領(lǐng)域。

Y27A系列圓形電連接器如圖3所示。

圖3 Y27A圓形電連接器

Y27A電連接器主要技術(shù)特征如表2所示。

表2 Y27A電連接器主要技術(shù)特征

（3）YF5圓形真空脫落分離電連接器

YF5圓形真空脫落分離電連接器采用“手輪”式連接方式，具有電磁分離和機(jī)械鎖分離兩種方式；采用焊接端接方式，具有良好的抗輻射和高真空性能；其插座界面采用雙層絕緣板，具有防止高溫火焰燒蝕功能。它適用于空間飛行器的部件與部件之間的電路連接和瞬間快速分離及其他各種武器型號(hào)系統(tǒng)之間的電氣連接和瞬間分離。

YF5圓形真空脫落分離電連接器如圖4所示。

圖4 YF5圓形真空脫落分離電連接器

YF5圓形真空脫落分離電連接器主要技術(shù)特征如表3所示。

表3 YF5圓形真空脫落分離電連接器主要技術(shù)特征

二、 導(dǎo)線/電纜線的選擇

選用航天用導(dǎo)線的一般要求如下：

① 導(dǎo)線抗輻射指標(biāo)應(yīng)滿足航天器對(duì)應(yīng)軌道的軌抗輻射要求。

② 導(dǎo)線護(hù)套材料在真空環(huán)境下應(yīng)具有低揮發(fā)性，防止揮發(fā)物污染航天器光學(xué)鏡頭。

③ 不得使用聚氯乙烯絕緣的電纜線。

④ 導(dǎo)線根數(shù)一般都不少于19股，具有良好的柔軟性和成束后的可彎曲性。

此外，導(dǎo)線載流能力是線徑選擇中最主要的考慮因素，其次是導(dǎo)線電壓。導(dǎo)線載流能力與單根導(dǎo)線截面積、絕緣層的額定溫度和電纜捆扎的導(dǎo)線數(shù)量有關(guān)。

根據(jù)航天產(chǎn)品的使用環(huán)境，導(dǎo)線/電纜線選用如下：

① 一次電源、二次電源供電線以雙絞線為主，個(gè)別電磁兼容要求較高的單機(jī)采用雙絞屏蔽線。

② 火工品供電線采用雙絞屏蔽線，每段電纜屏蔽層兩端接地。

③ 遙控指令、遙測(cè)信號(hào)線采用常規(guī)導(dǎo)線，統(tǒng)籌考慮可靠性及電纜網(wǎng)減重要求，遙測(cè)信號(hào)線以單點(diǎn)單線為主，重要遙控指令則采用雙點(diǎn)雙線傳輸。

④ 接收端為沿觸發(fā)電路形式時(shí)采用屏蔽線，防止觸發(fā)器因電磁干擾而誤翻轉(zhuǎn)。

⑤ 紅外地球敏感器信號(hào)采用屏蔽線，并在整束電纜外加屏蔽層，屏蔽層兩端接地。

⑥ RS422接口電纜使用雙絞線，LVDS接口電纜使用匹配特性阻抗的雙絞屏蔽線。某星用電纜網(wǎng)導(dǎo)線如表4所示。

表4 某星用電纜網(wǎng)導(dǎo)線

三、接線表設(shè)計(jì)

接線表設(shè)計(jì)主要根據(jù)電氣互連關(guān)系的需要及IDS表進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，注意接點(diǎn)的分配，充分考慮接點(diǎn)數(shù)量的冗余；雙絞線應(yīng)盡量分配到相鄰的接點(diǎn)上等。形式上，接線表需給出不同電連接器的型號(hào)、代號(hào)、接點(diǎn)間的互連關(guān)系，所用的導(dǎo)線型號(hào)，以及接地極屏蔽點(diǎn)分配和電纜防護(hù)要求等。

某信號(hào)傳輸電纜線接線表如表5所示。

表5 電纜線接線表

四、電纜的分支設(shè)計(jì)

電纜的分支設(shè)計(jì)主要根據(jù)各分機(jī)或設(shè)備在整星上的安裝位置而定，綜合考慮信號(hào)有無(wú)隔離要求、空間是否允許、線束固定點(diǎn)位置、是否便于插拔等因素。

分支設(shè)計(jì)還應(yīng)重點(diǎn)考慮電磁兼容性要求，盡量減少耦合干擾：電纜線束布局應(yīng)使耦合最小化，盡可能減小信號(hào)和干擾對(duì)環(huán)境的輻射及電磁環(huán)境對(duì)電纜的影響，合理布線和隔離以抑制信號(hào)交叉干擾。其抗干擾性及電磁兼容性設(shè)計(jì)的主要措施有：對(duì)不同類型的低頻電纜（功率電纜、信號(hào)電纜）分別綁扎成束；對(duì)易受干擾的信號(hào)電纜單獨(dú)走線等。

分支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最后需要形成分支結(jié)構(gòu)圖，以供后續(xù)生產(chǎn)使用。分支結(jié)構(gòu)圖中，需要注明電連接器型號(hào)、代號(hào)、分支點(diǎn)到連接器端頭的長(zhǎng)度等加工信息。

某星用電纜分支結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 某星用電纜分支結(jié)構(gòu)圖

五、電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)搭接設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)搭接為整星結(jié)構(gòu)及各儀器設(shè)備外殼提供輔助低阻回路（蜂窩板主要通路靠結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)），并保證整星的各個(gè)部分（包括低頻、高頻設(shè)備和機(jī)械結(jié)構(gòu)件等）保持在相同的電位上，以免電位不同而產(chǎn)生放電，損傷儀器設(shè)備或產(chǎn)生干擾。

電纜網(wǎng)主要采用搭接線實(shí)施結(jié)構(gòu)搭接。接地是指將航天器基準(zhǔn)地（航天器接地參考點(diǎn)）與區(qū)域地（儀器安裝板上其他接地點(diǎn)）單機(jī)外殼、天線支架、太陽(yáng)能電池陣等與航天器結(jié)構(gòu)體之間進(jìn)行電連接，把單機(jī)外殼、框架、支架等搭接起來(lái)，以保證它們等電位。

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)搭接設(shè)計(jì)如下：

1）航天器設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)地和若干區(qū)域地。

2）航天器基準(zhǔn)地為位于分流器旁邊的接地樁。

3）其他接地樁為區(qū)域地，與航天器基準(zhǔn)地通過(guò)搭接線呈樹(shù)形或星形連接。

4）接地樁之間連接不允許形成回路。

5）每臺(tái)低頻類單機(jī)引一根接地線就近連到接地樁，敏感型單機(jī)（如星敏感器等）的接地應(yīng)避免與功率較大的單機(jī)（或射頻單機(jī)）使用同一接地樁。

電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)還包括星表插座設(shè)計(jì)、脫落分離插座設(shè)計(jì)和電纜網(wǎng)布局設(shè)計(jì)等，在這里不做進(jìn)一步敘述，如需進(jìn)一步了解可選閱相關(guān)書(shū)籍或文獻(xiàn)。

六、電纜組裝件制作工藝要求

除了工藝設(shè)計(jì)外，制造工藝也會(huì)對(duì)電纜組裝件的可靠性產(chǎn)生較大影響。為保證可靠性，在電纜網(wǎng)制作過(guò)程中，應(yīng)遵守以下工藝要求：

1）所有電連接器接殼引線和屏蔽引線均與線束綁扎在一起。

2）所有綁扎線接點(diǎn)均刷“三防漆”。

3）所有電連接器空點(diǎn)不搪錫，并且套透明熱縮防護(hù)材料。

4）電連接器的鍍金焊杯在焊接前應(yīng)進(jìn)行搪錫去金處理。

5）電纜上距電連接器尾罩根部6～7cm處貼電纜編號(hào)和電連接器編號(hào)，整體套透明熱縮防護(hù)材料。

6）若線束直徑小于5mm，可酌情在上述位置套有電連接器編號(hào)標(biāo)識(shí)的熱縮管。

7）為確保制作周期，線束綁扎可使用線繩或分段透明熱縮材料（15mm），綁扎間距為150～200mm。

8）屏蔽皮接殼采取屏蔽皮壓殼和引線接殼雙保險(xiǎn)方式。

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