0 引言

衛(wèi)星柔性印制板電纜網(wǎng)是衛(wèi)星各分系統(tǒng)間電氣連接的關(guān)鍵組件，其設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接影響衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，當(dāng)前衛(wèi)星工程領(lǐng)域面臨一個(gè)顯著問題：星網(wǎng)單機(jī)設(shè)備的電接口由不同分系統(tǒng)及總體單位各自提供，各分系統(tǒng)提供給柔性印制板電纜網(wǎng)的接口規(guī)格缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致柔性印制板電纜網(wǎng)在構(gòu)建過程中不得不兼容多種電連接器1。實(shí)踐表明，單顆衛(wèi)星項(xiàng)目常常需要應(yīng)對(duì)幾十甚至上百種不同的電連接器，這給柔性印制板電纜網(wǎng)的全生命周期管理帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

從生產(chǎn)進(jìn)度管控來看，不同類型電連接器的生產(chǎn)準(zhǔn)備流程差異大，部分小眾或定制化的電連接器訂貨周期長，嚴(yán)重影響項(xiàng)目推進(jìn)節(jié)奏。在工藝實(shí)現(xiàn)層面，多樣化的電連接器意味著復(fù)雜的加工工藝，每種連接器都要求獨(dú)特的加工參數(shù)與操作流程，使得柔性印制板的制作過程復(fù)雜且艱難，測試難度呈指數(shù)級(jí)上升。從成本效益考量，繁雜的電連接器種類要求構(gòu)建龐大復(fù)雜的備貨體系，增加了庫存管理的難度，導(dǎo)致成本居高不下。為有效破除這些發(fā)展桎梏，探尋衛(wèi)星柔性印制板電纜網(wǎng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案已刻不容緩。

1電氣接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

1.1 信號(hào)分類與接口標(biāo)準(zhǔn)化

為精準(zhǔn)錨定電氣接口標(biāo)準(zhǔn)化的方向，首先對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)中的各類信號(hào)進(jìn)行分類?；谛盘?hào)特性，將信號(hào)劃分為三大類別：功率信號(hào)、低頻低速控制信號(hào)和高頻高速控制信號(hào)。

1.1.1 功率信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)化

針對(duì)供電、配電等大功率傳輸需求的柔性印制板電纜接口，選用標(biāo)準(zhǔn)密度電連接器。以J18M連接器為例，其電流承載能力強(qiáng)，導(dǎo)通電阻低，能滿足大功率傳輸對(duì)壓降及導(dǎo)通電阻的要求，同時(shí)適用于空間宇航用有磁性等級(jí)要求環(huán)境下的設(shè)備與電纜、電纜與電纜之間的電氣連接。在實(shí)際工程中，功率信號(hào)傳輸全面統(tǒng)一采用J18M連接器，可簡化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)流程，大幅壓縮備貨周期。標(biāo)準(zhǔn)密度J18M連接器示意圖如圖1所示。

1.1.2 低頻低速控制信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)于低頻低速控制信號(hào)的柔性印制板電纜接□，適配高密度電連接器，如J30JZ系列或J30J系列電連接器，專為低頻低速控制信號(hào)優(yōu)化。由于低頻低速控制信號(hào)對(duì)壓降及導(dǎo)通電阻的敏感度較低，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是確保線路穩(wěn)定導(dǎo)通。高密度連接器的應(yīng)用與精簡的走線設(shè)計(jì)，可助力柔性印制板實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，削減原材料成本，優(yōu)化生產(chǎn)效率。高密度J30J系列電連接器示意圖如圖2所示。

1.1.3 高頻高速控制信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)于高頻高速控制信號(hào)的柔性印制板電纜接口，必須采用專門的電連接器。例如，HJ30J連接器可勝任傳輸速率在 1.65Gb/s 以下的高頻信號(hào)；HSJ連接器則針對(duì) 3.125Gb/s 以下的高速信號(hào)表現(xiàn)出色。在高頻高速信號(hào)的布線實(shí)踐中，遵循差分對(duì)走線原則，著重考量線路的特性阻抗與信號(hào)傳輸?shù)耐暾?。通過統(tǒng)一部署高頻高速電連接器，能簡化高頻信號(hào)柔性印制板的設(shè)計(jì)流程與測試流程。高頻高速電連接器示意圖如圖3所示。

1.1.4RS422、CAN、LVDS信號(hào)差分地合并

在處理RS422信號(hào)、CAN信號(hào)以及LVDS信號(hào)時(shí)，摒棄原有的導(dǎo)線差分地單點(diǎn)互聯(lián)模式，采用印制板布線差分地鋪銅技術(shù)。這一變革能夠有效削減信號(hào)干擾，為柔性印制板電纜網(wǎng)的穩(wěn)定性筑牢根基，確保信號(hào)傳輸?shù)木珳?zhǔn)無誤。差分地鋪銅設(shè)計(jì)示意圖如圖4所示。

1.2 柔性印制板分類與設(shè)計(jì)

依據(jù)信號(hào)分類體系，柔性印制板遵循功能導(dǎo)向開啟模塊化設(shè)計(jì)：

1大功率柔性印制板：采用多層覆銅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)載流能力，確保高功率工況下穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)用于供電、配電等關(guān)鍵系統(tǒng)。

②高頻信號(hào)柔性印制板：選用低介電常數(shù)基材， 優(yōu)化阻抗匹配，降低信號(hào)傳輸損耗，保障高頻信號(hào)的 高質(zhì)量傳輸，適配高速通信模塊。

3）低頻控制柔性印制板：采取簡化走線設(shè)計(jì)策略，降低寄生參數(shù)影響，減少能量損耗與信號(hào)畸變，常用于傳感器與控制單元等場景。

借助模塊化設(shè)計(jì)理念，針對(duì)不同信號(hào)特質(zhì)需求，能夠快速組合柔性印制板電纜網(wǎng)，顯著提升設(shè)計(jì)效率。

2 機(jī)械接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

2.1 能源電纜與信號(hào)電纜的分離

依據(jù)電氣接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成果，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的柔性印制板電纜架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化重組，將其劃分為能源電纜與信號(hào)電纜兩大分支。能源電纜統(tǒng)一從“電源控制器\"節(jié)點(diǎn)引出，信號(hào)電纜則從“中央處理單元\"節(jié)點(diǎn)出發(fā)。分離式設(shè)計(jì)能有效規(guī)避電纜間的電磁干擾，簡化柔性印制板電纜網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)布局，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可維護(hù)性。柔性印制板電纜網(wǎng)電氣組成如圖5所示。

2.2 設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)化

在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)布局中，精準(zhǔn)固定電源控制器與中央處理單元的物理位置至關(guān)重要。對(duì)于設(shè)備 1，2，…，n 其電源接口與信號(hào)接口均需采用物理結(jié)構(gòu)一致的標(biāo)準(zhǔn)化接口，各設(shè)備的安裝面形狀應(yīng)統(tǒng)一，嚴(yán)格保證接口與衛(wèi)星艙板之間的距離一致。同時(shí)，在電源控制器與中央處理單元端引入身份識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的便捷、無差別更換2，提升系統(tǒng)的可維護(hù)性與應(yīng)急響應(yīng)能力。

2.3 太陽陣接口的標(biāo)準(zhǔn)化

考慮到太陽陣 1，2，…，n 通常部署于艙外環(huán)境，為確保信號(hào)穩(wěn)定傳輸，在電源控制器附近的星體機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)專用轉(zhuǎn)接板。通過柔性印制板作為信號(hào)傳輸媒介，將太陽陣產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)接至電源控制器。轉(zhuǎn)接板采用標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)，固化連接形式，降低裝配復(fù)雜程度，提升系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

2.4 蓄電池組接口的標(biāo)準(zhǔn)化

蓄電池組作為衛(wèi)星的關(guān)鍵儲(chǔ)能單元，采用統(tǒng)一的電氣與機(jī)械接口規(guī)范。通過固定蓄電池的物理位置，或在電源控制器附近增設(shè)轉(zhuǎn)接板，將蓄電池組的信號(hào)經(jīng)由柔性印制板轉(zhuǎn)接至電源控制器，規(guī)避因位置差異引發(fā)的連接兼容性問題，保障衛(wèi)星能源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

通過對(duì)電氣接口與機(jī)械接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，衛(wèi)星柔性印制板電纜網(wǎng)展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢：

1）統(tǒng)一接口，降低復(fù)雜度：削減電連接器類型，簡化設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)人員可集中精力于核心功能設(shè)計(jì)，降低出錯(cuò)概率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2）縮短生產(chǎn)周期：統(tǒng)一的備貨策略與標(biāo)準(zhǔn)化的加工工藝相結(jié)合，使生產(chǎn)流程更為順暢高效。生產(chǎn)部門能夠提前規(guī)劃物料采購與生產(chǎn)排期，避免因連接器供應(yīng)問題導(dǎo)致的停工待料，顯著提升生產(chǎn)效率，大幅壓縮生產(chǎn)周期。

3）提高可靠性：模塊化的設(shè)計(jì)理念減少了人為失誤的發(fā)生概率。各個(gè)模塊在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與測試階段均遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)流程，經(jīng)過充分驗(yàn)證，組裝后的系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，能有效降低因接口問題導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)，提升衛(wèi)星系統(tǒng)在復(fù)雜太空環(huán)境中的可靠性。

4）降低成本：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為批量生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，單件成本得以有效降低，同時(shí)，精簡的備貨體系、簡化的生產(chǎn)與測試流程，均在不同層面削減了成本支出，為衛(wèi)星項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性提供了有力支撐。

4標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的工程驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文提出的衛(wèi)星柔性印制板電纜網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案的可行性與有效性，選取某低軌衛(wèi)星項(xiàng)目作為工程驗(yàn)證對(duì)象，開展對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組采用傳統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)化電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)組采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案。通過對(duì)比兩組在生產(chǎn)效率、可靠性、成本效益等方面的表現(xiàn)，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果。

4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

1對(duì)照組：采用傳統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)化電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)，電連接器種類為98種，生產(chǎn)周期為6個(gè)月，測試成本為30萬元。2）實(shí)驗(yàn)組：采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案，電連接器種類壓縮至6種，生產(chǎn)周期為1.5個(gè)月，測試成本為15萬元。

4.1.2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

1）生產(chǎn)效率：包括生產(chǎn)周期、備貨周期、組裝效率等；2）成本效益：包括單件成本、備件庫存成本、測試成本等；3）可靠性：包括接口故障率、平均無故障時(shí)間（MTBF）等。

4.1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1）生產(chǎn)效率：記錄從設(shè)計(jì)到交付的全周期時(shí)間，統(tǒng)計(jì)備貨周期和組裝效率；2）成本效益：對(duì)比兩組在備件庫存、生產(chǎn)流程和測試流程中的成本支出；3）可靠性：通過長期運(yùn)行測試，統(tǒng)計(jì)接口故障率和MTBF。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.2.1 生產(chǎn)效率對(duì)比

實(shí)驗(yàn)組的生產(chǎn)效率顯著優(yōu)于對(duì)照組，具體生產(chǎn)效率對(duì)比表如表1所示。

實(shí)驗(yàn)組的備貨周期從6個(gè)月縮短至1.5個(gè)月，組裝效率從 60% 提升至 95% ，生產(chǎn)效率顯著提高。

4.2.2 成本效益對(duì)比

實(shí)驗(yàn)組的成本效益顯著優(yōu)于對(duì)照組，具體成本效益對(duì)比表如表2所示。

實(shí)驗(yàn)組的單件成本降低 54.2% ，備件庫存成本降低 75% ，測試成本降低 50% ，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性顯著提升。

4.2.3 可靠性對(duì)比

實(shí)驗(yàn)組的可靠性顯著優(yōu)于對(duì)照組：

1）接口故障率：實(shí)驗(yàn)組為1.8次/千小時(shí)，對(duì)照組為12.3次/千小時(shí)，降低 85.4% 。

2）MTBF：實(shí)驗(yàn)組為 15000h ，對(duì)照組為 2 200h 提升 12800h 。

實(shí)驗(yàn)組的接口故障率顯著降低，MTBF大幅提升，滿足了衛(wèi)星在復(fù)雜太空環(huán)境中的高可靠性要求。

4.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案在生產(chǎn)效率、成本效益和可靠性等方面均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。具體分析如下：

1）生產(chǎn)效率提升：通過統(tǒng)一電連接器類型，簡化了備貨和生產(chǎn)流程，顯著縮短了生產(chǎn)周期，提高了組裝效率。

②成本效益顯著：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)降低了單件成本和備件庫存成本，同時(shí)簡化了測試流程，顯著降低了測試成本。

3）可靠性增強(qiáng)：模塊化設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化流程減少了人為失誤，顯著降低了接口故障率，延長了MTBF。

5 結(jié)束語

本文聚焦衛(wèi)星柔性印制板電纜網(wǎng)接口設(shè)計(jì)領(lǐng)域現(xiàn)存的問題，提出電氣接口與機(jī)械接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)綜合方案。通過統(tǒng)一電連接器類型、優(yōu)化機(jī)械布局、推行模塊化設(shè)計(jì)理念，衛(wèi)星柔性印制板電纜網(wǎng)的可靠性與生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。展望未來，伴隨柔性電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)必將成為衛(wèi)星電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的核心主導(dǎo)方向。在后續(xù)的衛(wèi)星工程實(shí)踐中，應(yīng)進(jìn)一步深化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)理念，持續(xù)優(yōu)化接口規(guī)范，為衛(wèi)星系統(tǒng)的高性能、高可靠性運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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收稿日期：2025-02-13

作者簡介：陳惠惠（1991一），女，安徽滁州人，工程師，研究方向：電氣互聯(lián)技術(shù)。