紧凑而牢固的连接器在Gauss CubeSat部署任务中至关重要

作者：Harwin公司（南欧）业务开发经理 Eneko Ansoleaga

将卫星发射并送入轨道涉及巨大的财务支出，因而使许多小型组织在考虑太空领域项目时间望而却步。然而，用同一枚火箭发射多颗卫星（一箭多星），或俗称“拼车”，现在却可使学术机构和中小企业把他们的设备送入太空变得更加方便和实惠。这意味着太空领域不再是少数几个大空间玩家的专属领地。

最近一家公司将一箭多星提升到了全新水平，这就是GAUSS Srl，即空间系统使用天体动力学集团（Group of Astrodynamics for the Use of Space Systems）。GAUSS 总部位于意大利，是从罗马 Sapienza 大学航空航天工程学院分拆出来，自 1990 年代以来一直参与微型卫星的开发。自 2012 年之后，它一直作为一家私营公司，并利用最初在大学开发的专有技术为航天工业服务，同时这家公司也在自身的工程技术方面取得巨大进步。除了设计和生产微卫星硬件外，它还承担低地球轨道（LEO）、地球静止轨道（GEO）和星际任务等分析，并且还从事各种地基监测业务。

图 1：拜科努尔（Baikonur）航天发射场联盟号-弗雷格特运载火箭上的GAUSS八角形 UNISAT-7 皮/纳（pico/nano）卫星部署平台。

GAUSS 的一个重要目标是降低学术机构和小型企业参与相关太空项目所需的金融投资，这促使该公司在 2013 年推出了改变游戏规则的 UNISAT 平台，该平台代表了行业的先进水平，因为它允许第三方卫星在轨释放。在之后的几年里，几个不同的 UNISAT 装置相继被送入轨道，每个装置随后都部署了一系列 CubeSats 和 PocketQubes，可用于教育和科学研究。
 
这种“拼车”式发射使把设备送入太空变得更加方便和实惠，与其他方式相比，能够达到30-35% 的成本节省。除了更具吸引力的价格外，学术机构也不必担心为发射机构准备所有文件，或购买自己的部署机制，因为 GAUSS 可以帮助处理所有这些。他们还可以更好地控制发射时间、方向和释放后对自己皮/纳卫星（pico/nano-satellite）的跟踪，将每件设备都能够准确、安全地部署到太阳同步轨道 (SSO)。

通过最新的 UNISAT 项目UNISAT-7，GAUSS 工程团队希望将这一概念提升到一个新的高度。他们需要增加有效载荷容量，以便将更多的皮/纳卫星运送到太空，并为额外的实验仪器腾出更多空间。UNISAT-7 成功的核心是保持其结构尽可能精简，因为这将能够增加有效载荷。

UNISAT-7 航天器必须非常紧凑，不超过 50 毫米 x 50 毫米 x 50 毫米的尺寸。它的总发射质量为 32 公斤，其中 15 公斤为需要带到太空的有效载荷。因此，降低所有组成硬件的重量至关重要。为了实现这一目标，UNISAT-7采用航空电子级铝蜂窝框架和碳纤维蒙皮制成。然后在外部添加安装在舱体上的太阳能电池以提供所有必要的电力。

为了缩短开发时间，GAUSS 的工程师尽可能使用商用现货 (COTS) 组件，还通过使用经过特殊修改并能够应对具有挑战性太空环境的开源（open-source）硬件进行补充。
 
由于 UNISAT-7 需要运行大约 3 到 5 年，所有组成部件都必须能够支持长时间工作。因此，持续的可靠性至关重要。同样，这些部件必须对发射过程中产生的冲击和振动表现出很强的韧性。除了能够应对上面谈到的有效载荷需求外，它们还必须紧凑轻便，因为留给它们的可用空间非常有限。

图 2：UNISAT-7 工程模型的电子线路塔之一，采用 Harwin 连接器设计。

在选择需要集成到UNISAT-7 的连接器时，需要满足上面讨论的所有属性要求。在考虑了不同供应商的产品后，GAUSS 工程师很清楚地判定，Harwin 的 Datamate 系列最能满足他们的互连要求。这些高可靠性 (Hi-Rel) 连接器可用于数据和功率传输，它们被集成到遥测所需的无线电通信模块、板载计算机 (OBC)、功率调节和分配单元 (PCDU)、电子电源系统 (EPS)、舱体门架构等设计。

Harwin 的 Datamate 和 Datamate Mix-Tek 连接器非常适合在太空应用中使用，并且在该领域拥有悠久的良好声誉。由于占用空间很小，这些 2 毫米间距组件仅占用少量电路板空间。这些连接器经过 20G 振动和 100G 冲击测试，能够应对发射过程中遇到的极端条件，4头铍铜触点（4-finger Beryllium Copper contacts）始终能够保持与相应配合表面的连接。标准 Datamate连接器触点的额定电流为 3A，而 Datamate Mix-Tek 触点可提供高达 40A 电流。它们还能够承受高达 125°C 的温度，具有较低的释气特性，这些对于太空应用非常有利。此外，还可提供多种锁定机制以确保持续的互连。

图 3：带有GAUSS 分线板 1 (BOB-1)的UNISAT-7 的舱室电子设备，通过 Harwin 连接器与卫星子系统连接。

GAUSS UNISAT-7 工程主管 Riccardo Di Roberto 解释说：“就成本和后勤而言，对于资源和预算有限的发射任务，我们的 UNISAT 平台比传统发射方法具有真正的优势。为了确保任务的成功，我们需要获得牢固的高性能技术。在考虑了许多不同的可能性之后，很明显，Harwin Datamate 连接器解决了我们面临的很多问题。这些组件不仅为我们提供了可以信赖的连接，而且可以应对涉及的所有不妥协条件。因此，Harwin Datamate 连接器几乎应用在所有 UNISAT-7 子系统中。”

Riccardo Di Roberto 补充道：“在调查可能的选项时，我们设法从Harwin网站获得了很多有用的信息，这有助于我们找到最适合具体要求的选项。之后，我们要求的样品很快送达，这使我们立即可以开始原型设计工作。随着开发工作的进行，我们还能够从 Harwin 的技术部门获得非常有益的技术建议。”

图 4：UNISAT-7 太空自拍照。

UNISAT-7 于 2021 年 3 月 22 日通过俄罗斯的 Soyuz-2-1a 从哈萨克斯坦拜科努尔（Baikonur）发射场发射升空。在进入轨道后，它携带的两颗 CubeSat 和三颗 PocketQubes（大小从 1/3U 到 1U 和 1P 到 6P）都成功部署，并且被各自的所有者成功接收。这些设备现在已经在执行各种不同的科学任务，包括多光谱辐射和射频分析、太空中电子和光伏设备的验证等。 除了作为在轨皮/纳卫星部署系统外，UNISAT-7 还将可用于空间碎片研究和现场测试工作。

GAUSS 目前正在进行 UNISAT-8 的前期工作，同时还致力于为即将到来的几项星际任务开发硬件。GAUSS团队相信这些项目将使他们有机会很快再次与 Harwin 合作。