用于空间应用的连接器需要抗辐射

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2022-03-29 13:59

在设计和实施用于空间应用的连接解决方案时，一个重要的考虑因素是辐射对电子连接器和电缆的影响。

这三个独立但相互关联的方面开始发挥作用：辐射本身、原子氧和除气。

太空是一种独特的恶劣环境。不仅条件的组合是独特的，而且一旦航天器发射，对设备和材料进行维修或更改的能力基本上是不存在的。所有组件都必须能够承受太空环境并无限期地按预期运行。除了在极端温度、冲击和振动情况下仍能正常工作外，连接解决方案还必须抵抗辐射的破坏性影响。

空间辐射与地球辐射

根据美国国家航空航天局的说法，太空辐射包括被困在地球磁场中的粒子、被太阳耀斑推入太空的粒子，以及来自太阳系外的高能质子和重离子（银河宇宙射线）。这些都是电离（高能）辐射，当原子在星际空间中加速到接近光速时就会发生这种情况。电子被剥离，直到最终只剩下原子核。电离辐射包括α 粒子（以极高速度移动的氦原子核）、β 粒子（高速电子或正电子）、伽马射线、X 射线和来自太空的银河宇宙辐射 (GCR)。

地球的大部分辐射来自太阳，主要以可见光、红外线和紫外线辐射 (UV) 的形式存在，但也可能来自地壳中的放射性元素。此外，辐射是由人造源产生的，例如微波、灯泡、手机、收音机和医疗诊断设备。非电离（低能量）辐射没有去除电子的能量。它包括无线电频率、微波、红外线、可见光和紫外线 (UV) 光。

地球上存在的辐射和太空辐射的差异会影响电子设备的最佳保护方式。屏蔽可以保护连接器组件免受非电离辐射。然而，防止电离辐射要困难得多。通过从它穿过的材料的原子中去除离子，电离辐射会改变该材料的组成，从而导致严重的损坏。由初级辐射粒子推动运动的次级粒子可能会造成进一步的损害。

银河宇宙辐射（GCR）是影响航天器的主要电离辐射类型之一。GCR 来自银河系内部，但在我们的太阳系之外。GCR 粒子接近光速，可以穿过宇宙飞船，甚至可以穿过宇航员的皮肤。

从航天器离开地球表面的那一刻起，它被辐射包围。太空中的辐射通常在云中传播，这些云可能源于太阳爆发、更深的空间碰撞或从深空洞中出现。它们包括电子、质子、重离子和伽马射线等项目。带电材料云通常来自撕裂的元素，这些高带电粒子希望重新结合到其原始自然状态。航天器离地球及其保护大气层越远，辐射水平增加的越多，因此所有使用的材料必须设计成在暴露于辐射时保持其耐用性和可靠性。航天器外部的连接器风险最大。必须将某种形式的抗辐射绝缘体纳入太空中使用的所有电缆和连接器组件的设计中。

辐射防护从应用分析和决定什么需要辐射防护以及什么没有辐射防护开始。两种最常用的辐射防护方案是反射和吸收。由于机械反应，避免使用某些金属，例如纯锡、镉和锌，即它们不会像金或不锈钢等高反射金属那样反射或吸收辐射。塑料也有受到辐射损坏的风险。因此，连接器和电缆中使用的材料必须具有抗辐射等级。这种绝缘体的一个例子是聚苯硫醚 (PPS)，这是一种对伽马射线具有高度耐受性的高性能塑料。带或护套中使用的聚酰亚胺树脂绝缘材料也能以适合太空应用的水平抵抗辐射。不锈钢外壳和聚醚醚酮 (PEEK) 绝缘体是辐射硬化的另一个例子。也被称为“rad hard”。辐射硬化是使电子元件抵抗电离辐射损坏的过程。Omnetics 连接器公司的 Bob Stanton 说，在某些情况下，将连接器包含在抗辐射封装中提供了足够的保护，因此连接器本身不需要抗辐射。

原子氧

航天器外部使用的互连容易受到原子氧 (ATOX) 和辐射的损坏和破坏。原子氧 O 由一个氧原子组成，而 O² （我们呼吸的物质）是两个氧原子，而 O³（臭氧）是三个氧原子。ATOX 具有高反应性，不会长期自然地存在于地球表面。然而，它确实存在于存在大量紫外线辐射的太空中，对于低地球轨道 (LEO) 上的航天器来说尤其成问题，那里的大气层由大约 96% 的 ATOX 组成。

Axon' Cable 的 Radox 绝缘电线和电缆可抵抗原子氧和辐射。

Axon'Cable 专有的 Ratox 绝缘电线和电缆比典型的全氟聚合物（如 FEP、PFA 和 PTFE）抗 ATOX 的能力高 10 倍，重量减轻高达 40%。与类似厚度的聚酰亚胺胶带相比，它们的 ATOX 抗性提高了 100 倍，柔韧性提高了 2 倍，并且可耐受超过 200 兆拉德的辐射。Radatox 绝缘材料也可用于扁平柔性电缆 (FFC)。

放气

航天器互连的第三个潜在环境危害是释气——随着时间的推移，从弹性体和塑料等材料中释放出被称为挥发性有机化合物 (VOC) 的蒸汽或气体。在空间真空中缺乏大气压时会发生脱气。一旦释放，VOC 会在连接器、电缆和电线以及镜头、镜子和窗户上形成一层薄膜，从而造成污染。该薄膜无法去除并影响设备的性能。为了防止 VOC，在生产过程中，连接器在真空密封烤箱中进行高温烘烤。这允许在组件进入空间之前释放 VOC。