雷 宇，張 衛(wèi)，唐鵬毅

(1.中國空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000；2.陜西軍工人力資源有限責任公司，西安 710061)

0 引言

隨著航天技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展，在全球范圍內(nèi)開始的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的爭奪也愈演愈烈，尤其是以美國馬斯克星鏈計劃為代表的搶奪地球低軌道資源的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星開始了壟斷性的競爭，中國航天科技集團針對這一現(xiàn)狀，提出了“融合試驗衛(wèi)星”低軌通信衛(wèi)星星座計劃[1]。該星座計劃將在今后幾年內(nèi)進行大數(shù)量、高度集成化、模塊化的生產(chǎn)研制工作。

目前互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的發(fā)展趨勢和要求是產(chǎn)品研制高度集成化，要能達到成批化的生產(chǎn)要求，現(xiàn)有應用于高密度安裝與信號傳輸電纜的接口類型大多是SMP接口，在安裝時，只能遵循逐行或者逐列順序安裝，安裝效率低下[2]。

針對這一現(xiàn)狀，航天器上開始推廣應用排插型電纜，該電纜相比傳統(tǒng)的SMP接口類型的電纜使用了集成化設計，屬于新型高密度排插型電纜連接器。為了保證連接器安裝時的整體精度，在該連接器上設計了定位銷作為定位和引導裝置，確保連接器在安裝時的對中度和同軸度。但是在衛(wèi)星艙體內(nèi)的狹小空間進行安裝時，如何保障該類型電纜的安裝精度和可靠性，就成為了一個關(guān)鍵性的難題。排插型電纜的外形結(jié)構(gòu)和電連接器內(nèi)部插針、定位銷分別如圖1(a)、圖1(b)所示。

圖1 DC10排插型電連接器結(jié)構(gòu)(6合1 SMP類型)Fig.1 DC10 row plug-in electrical connector structure(6-in-1 SMP type)

本文以融合試驗互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的排插型電纜安裝技術(shù)為研究對象，首先從分析該類型電纜的連接器結(jié)構(gòu)尺寸出發(fā)，分析該類型電纜因為連接器安裝誤差引起接觸非線性問題，分析安裝誤差對電纜性能的影響，結(jié)合引起安裝誤差的因素，進行實驗驗證測試，分析測試結(jié)果并總結(jié)提出航天器排插型電纜的安裝技術(shù)。

1 新型高密度排插型電連接器

集成化的新型高密度排插型電纜連接器是將傳統(tǒng)的SMP單根電纜線束集成化設計成6合1、9合1等形式，將電纜線束整個1排或者1列的集成化制造[3]。在安裝時，電連接器在衛(wèi)星艙狹小空間內(nèi)安裝受到一定限制，如何將電連接器的接口和設備對插端安裝準確還能保證一定安裝精度，是該類型電纜應用推廣的一個關(guān)鍵性技術(shù)難題。

1.1 DC10排插型電連接器結(jié)構(gòu)特性分析

1.2 影響DC10排插型電纜性能指標變化的因素分析

因為在航天器的發(fā)射、在軌運行中都會受到比較強烈的溫升變化、重力加速度和振動的影響，所以排插型電纜的電連接器的安裝精度可能影響航天器的工作狀態(tài)和在軌壽命[5]。影響排插型電纜性能指標變化的主要影響因素分別是由電纜介質(zhì)的不均勻引起的電纜性能非線性和電連接器和對插端的安裝接觸非線性[6-7]。其中因為材料的非線性引起的信號損耗和相位變化屬于整個材料的固有屬性，該屬性引起的信號損耗和相位變化是一個常數(shù)，在使用期間值基本保持不變[8]。

圖2 DC10排插型電連接器外形結(jié)構(gòu)與對插端開孔結(jié)構(gòu)尺寸Fig.2 DC10 row plug-in electrical connector shape structure and opposite plug hole structure size

圖3 對稱安裝示意圖Fig.3 Symmetrical installation diagram

連接器安裝的接觸非線性因素主要是航天器在地面、發(fā)射、在軌工作期間，航天器會受到劇烈的振動，電纜自身和電連接器會伴隨著巨大的重力加速度產(chǎn)生振動發(fā)生動態(tài)彎曲，甚至產(chǎn)生應力[9]。此外在軌工作時隨著太陽光照環(huán)境的變化，載荷艙的空間熱環(huán)境比較惡劣，會發(fā)生冷熱交變、或長時間保持低溫或高溫，導致熱應力增大；應力的變化會導致接觸非線性持續(xù)加劇惡化，影響整個電纜的信號傳輸性能，進而影響分系統(tǒng)的穩(wěn)定性[10]。

新型高密度排插型電連接器在安裝過程中影響接觸非線性的主要因素有電連接器的安裝精度、電纜的彎曲半徑和線束綁扎的應力釋放3個方面，而電連接器的安裝精度是影響安裝接觸非線性最為主要的因素[11]。所以，通信衛(wèi)星的排插型電纜在總裝環(huán)節(jié)產(chǎn)生的接觸非線性對電纜的性能傳輸影響最大，需要分析和研究出一套可靠性高、安裝精度高的安裝方法。

現(xiàn)針對該類型電纜的安裝進行定性分析，由于插接面不對稱安裝引起的安裝精度誤差最大，對這一問題，進行定性分析。分別在排插型電連接器對插時傾斜0°、1°、2°、3°、4°時進行安裝實驗，并測試電纜的性能指標。

2 不對稱安裝引起的電纜性能指標變化分析

依據(jù)對影響DC10排插型電纜性能指標變化的因素分析結(jié)果，開展實驗驗證，并分析該類型電纜在正式試驗時的測試數(shù)據(jù)結(jié)果，該類型電纜在正式數(shù)據(jù)傳輸時，頻率最大為10GHz。當頻率達到8.3GHz時，其駐波達到最大，駐波最大值為1.1968；當頻率為10GHz時，插損值達到最大，最大值為2.81dB/m,相位一致性為10.12°，具體的正式測試數(shù)據(jù)結(jié)果如圖4所示。依據(jù)該項測試數(shù)據(jù)結(jié)果，設置實驗進行驗證，分別在安裝傾斜角度為0°、1°、2°、3°和4°時進行不對稱式傾斜安裝，設置DC～18GHz、18～26.5GHz、26.5～32GHz、32～40GHz的4組不同的頻率范圍。使用矢量網(wǎng)絡分析儀分別測試該電纜的電連接器分別在不同安裝傾角、不同頻率下的駐波比和插入損耗數(shù)據(jù)，并計算相位一致性和損耗一致性，將這些數(shù)據(jù)進行整理分析，繪制X、Y離散圖，具體測試數(shù)據(jù)的圖線結(jié)果如圖5所示[12]。

綜合以上測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，在安裝傾角為0°，頻率為DC～18GHz時，該類型電纜的駐波比和實際正式測試結(jié)果一致，為1.196 8。在相同頻率下，隨著安裝傾斜角度的增加，電纜的駐波比和插入損耗會呈現(xiàn)急劇惡化的狀態(tài)，當傾斜角度達到4°時，駐波比和插入損耗反而隨著安裝傾角的增大而減小。這是由于電連接器和對插電纜的內(nèi)部可能已經(jīng)發(fā)生不可逆的塑性變形，該塑性變形導致接觸非線性變化所致[13]。

圖4 該類型電纜正式試驗測試數(shù)據(jù)結(jié)果Fig.4 This type of cable is officially tested with test data results

圖5 排插型電連接器不對稱安裝引起的電纜性能指標變化Fig.5 The change in cable performance index caused by the asymmetric installation of the row type electrical connector

3 DC10排插型電纜安裝技術(shù)

依據(jù)對排插型電連接器不對稱安裝引起的電纜性能指標參數(shù)變化分析的結(jié)果，總結(jié)出以下新型高密度排插型電連接器的安裝規(guī)范技術(shù)要求。

3.1 電纜安裝前要求

核對電連接器接口DC10型排插電纜的電連接器和設備對插端接口標記一致。對排插電纜的設備電連接器接口和對插端進行物理外觀檢查，要求電連接器殼體完好無損、自帶緊固螺釘齊全、電纜本體無壓痕無損傷，對插端針孔內(nèi)無金屬屑等多余物，插針要求完好無異常[14]。

3.2 安裝技術(shù)要求

新型高密度排插型電連接器在安裝時要求插頭與插座垂直對插，通過電連接器殼體上的定位銷實現(xiàn)連接時的定位和引導作用，同時兩種不同規(guī)格的定位銷孔還具有防插錯功能[15]。電連接器和插座插接時應沿同軸電纜軸線方向垂直插接，不允許產(chǎn)生大于4°的傾斜角度安裝，要求電連接器的本體插針和對插端必須對正、垂直插接，排插型電連接器的插接要求示例如圖6所示。在插接后擰緊鎖緊螺釘時，要求電連接器兩邊螺釘0.5圈/次對稱交替擰緊，禁止單側(cè)傾斜擰緊，要求安裝螺釘?shù)木o固力矩值為0.55N·m。

電纜線束在整理綁扎時，要求在第一個綁扎點設置有應力釋放彎，禁止線束根部受力；將整束電纜沿著模型走向設置綁扎點，并要求整束電纜的最小彎曲半徑大于120mm。綁扎時要遵循從單機設備出來的電纜線束到第一個綁扎點之間的距離不大于200mm，盡量避免電纜線束多次、反向彎曲[16]。

由于電連接器在安裝時屬于較緊的間隙配合，插接到位之后，存在一定的嚙合力，在拆除電連接器時，手工無法直接拆除，且存在連接器損壞的風險。針對此，專門設計該連接器的拆卸專用工裝，拆卸專用工裝如圖7所示。使用專用工裝卡住連接器的兩側(cè)卡槽，確保拔出過程中，兩側(cè)對稱施力，消除在拆卸過程中因為不對稱施力引起連接器和單機對插端損壞的風險，該類型電纜綁扎要求和拆卸專用工裝使用情況分別如圖8(a)、圖8(b)所示。

圖6 排插型電纜的安裝技術(shù)要求Fig.6 Example of technical requirements for the installation of cables in a row-and-plug type

圖7 DC10電連接器拆卸專用工裝Fig.7 Special tooling for DC10 electrical connector disassembly

圖8 排插型集束電纜的綁扎要求和拆卸用專用工裝Fig.8 Special tooling for lashing requirements and disassembly of row-plug cluster cables

4 效果評價

上述安裝方法能夠顯著地降低電纜組件在信號傳輸過程中因為不對稱安裝引起的插入損耗和相位變化，尤其是在降低大功率、高飽和度信號傳輸時的插入損耗和相位變化。設計的專用工裝保證了連接器插拔過程中的對稱度，消除了裝配過程中由于不對稱插拔造成連接器損傷的風險。該安裝方法已成功應用于互聯(lián)網(wǎng)星座的首批融合試驗通信衛(wèi)星48組新型高密度排插型電連接器的安裝工作，目前整星在軌性能良好。經(jīng)過系統(tǒng)測試驗證，安裝方法可以確保分系統(tǒng)長期穩(wěn)定、可靠。

5 結(jié)論

本文從實際應用情況研究分析出發(fā)，針對航天器上狹小空間的DC10新型高密度排插型電纜的安裝要求，分析排插型電連接器的結(jié)構(gòu)尺寸，分析影響安裝精度的因素，提出必須對稱安裝的要求。依據(jù)分析研究不對稱安裝引起的電纜性能指標變化的結(jié)果，總結(jié)出該類型電纜的安裝方法、綁扎要求和彎曲半徑要求，要求該類型電纜在插接時，電連接器和插座必須垂直對插，禁止帶有傾角進行安裝。并提出在安裝后的緊固要求，必須兩側(cè)對稱交替擰緊，緊固力矩值必須達到0.55N·m，在拆卸時，也必須使用專用工裝遵循對稱拆卸的要求。從測試結(jié)果來看，該安裝方法和技術(shù)能夠很好的滿足該類型電纜的信號傳輸指標要求。目前，該成果已成功應用于高性能互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)及其他科研領域，已經(jīng)取得了很好的實際應用效果。