Dibandingkan dengan memasarkan produk dari Bumi ke pasar, meluncurkan produk ke luar angkasa jauh lebih kompleks. Komponen di luar angkasa harus mampu bertahan terhadap tantangan lingkungan luar angkasa, beroperasi dengan andal dan bebas perawatan sesuai umur yang diharapkan, serta mendukung batasan berat dan ukuran saat peluncuran.
Dalam lingkungan ini, perancang produk beralih ke suku cadang berkualifikasi kedirgantaraan (QPS) yang telah dirancang, diuji, dan ditinjau agar berhasil digunakan dalam aplikasi luar angkasa. QPS telah mencapai tingkat kematangan teknologi (TRL) maksimum yang ditetapkan oleh Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA) Amerika Serikat.
TRL dibagi menjadi level 1 hingga 9, yang mencerminkan proses produk mulai dari konsep hingga kinerja yang matang (Gambar 1). TRL 1 hingga 3 mendemonstrasikan cara kerja produk secara teoritis, mulai dari konsep dasar hingga validasi konsep. TRL 4 hingga TRL 6 mencakup pengujian dan simulasi pendahuluan. TRL 7 dan 8 telah lulus pengujian prototipe dan demonstrasi teknis akhir, mengubah konsep menjadi kenyataan.
Gambar proses TRL NASA
Gambar 1: TRL NASA mewakili proses produk luar angkasa mulai dari konsep awal hingga kematangan kinerja. Hanya suku cadang dengan TRL 9 yang dapat dianggap sebagai suku cadang QPS setelah diproduksi dan diuji sesuai dengan standar yang diakui. (Sumber gambar: Solusi Konektivitas Cinch)
Produk dengan TRL mencapai level 9 telah mencapai kesuksesan dalam aplikasi ruang praktis. Selain mencapai tingkat TRL yang tinggi ini, suku cadang juga harus melewati prosedur pengujian khusus agar dianggap QPS. Standar untuk mengendalikan persyaratan ini bervariasi tergantung pada jenis komponennya. Misalnya, attenuator QPS harus diuji sesuai dengan standar tingkat T MIL-DTL-3933, sedangkan konektor elektronik QPS diatur oleh standar EEE-INST-002 NASA.
Memahami tantangan spesifik yang dihadapi oleh aplikasi berbasis ruang angkasa dapat membantu desainer memilih QPS yang ada dengan kinerja yang memenuhi persyaratan mereka, mempersingkat waktu dari konsep hingga penerapan, dan membawa produk ke pasar tepat waktu dan sesuai anggaran.
Mengatasi degassing
Kemampuan untuk beroperasi dalam ruang hampa dan suhu ekstrem merupakan salah satu kendala terbesar yang harus diatasi oleh komponen luar angkasa. Kevakuman di medium orbit Bumi (MEO) pada jarak 1234 hingga 22234 mil dari Bumi, tempat satelit Global Positioning System (GPS) beroperasi pada ketinggian ini, memiliki derajat vakum rata-rata 1 mTorr hingga 1 µ Torr. Pada saat yang sama, komponen dalam aplikasi ini dan aplikasi lainnya memiliki suhu serendah -270 °C di tempat teduh dan setinggi +121 °C di bawah sinar matahari langsung.
Komponen non-logam mungkin mengalami "degassing" saat terkena lingkungan vakum dan bersuhu tinggi. Fenomena ini mengacu pada migrasi gas yang tersisa di dalam material selama proses pembuatan menuju permukaan. Migrasi ini dapat menyebabkan keretakan pada material sehingga melemahkan kekuatannya. Gas yang dilepaskan juga dapat mengembun dan membeku di bagian lain sehingga menyebabkan kerusakan pada komponen optik seperti buram dan penyumbatan sensor.
Tingkat keparahan degassing diukur dengan total massa yang hilang (TML) komponen dalam kondisi vakum dan termal, yang dinyatakan dalam persentase massa asli. Pabrikan juga mengukur persentase bahan yang mudah menguap (volatile condensable material/CVCM) yang dapat dikumpulkan, yaitu jumlah bahan yang telah dihilangkan gasnya yang mengembun pada permukaan yang lebih dingin. Kedua pengujian dilakukan sesuai dengan protokol ASTM E595, yang mengharuskan sampel disimpan pada suhu+125 ° C dan di bawah 5 x10-5 Torr selama 24 jam.
Sebagian besar komponen elektronik harus menjalani pengujian degassing untuk ditetapkan sebagai suku cadang QPS karena penggunaan bahan insulasi dan pelindung non-logam. Cinch Dura Con dari Cinch Connectivity Solutions ™ Steker dan soket micro-D berpelindung ruang (Gambar 2) berada dalam situasi ini. Insulasi termoset non-logam di sekitar pin, dan lapisan insulasi kawat etilen tetrafluoroetilen (ETFE) pada konektor Dura Con mengalami kehilangan kurang dari 1% dari total beratnya dan CVCM kurang dari 0,01% selama pengujian.
Konektivitas TE Gambar konektor Dura Con
Gambar 2: Konektor Dura Con menggunakan bahan insulasi degassing rendah, yang melebihi persyaratan standar EEE-INST-002 NASA untuk konektor elektronik aplikasi LEO. (Sumber gambar: Solusi Konektivitas Cinch)
Konektor berlapis nikel ini memenuhi standar MIL-DTL-83513 dan cocok untuk konektor listrik mikro persegi panjang. Mereka dapat menampung 9 hingga 100 posisi jarum, dengan lebar alas 0,775" hingga 2,160" dan tinggi 0,298" hingga 0,384".
Menurut kriteria pemilihan konektor elektronik EEE-INST-002 NASA, desain dan tingkat degassing yang rendah dari konektor ini membuatnya cocok untuk orbit Bumi rendah (LEO) pada ketinggian hingga 1.200 mil. Teleskop Luar Angkasa Hubble, Stasiun Luar Angkasa Internasional, dan konstelasi mikrosatelit yang memungkinkan terjadinya telekomunikasi global semuanya beroperasi di orbit di wilayah ini.
Standar EEE-INST-002 juga menetapkan tiga tingkat kekritisan untuk konektor elektronik. Konektor Tingkat 1 adalah konektor yang sangat penting, konektor Tingkat 2 memerlukan keandalan yang tinggi, dan konektor Tingkat 3 adalah tingkat keandalan standar. Konektor Dura Con diklasifikasikan sebagai level 2.
Mengurangi gangguan radiasi
Selain bahaya ruang hampa dan suhu ekstrem, komponen di luar angkasa juga harus mampu menahan tingkat radiasi yang lebih tinggi. Tanpa perlindungan atmosfer bumi, komponen-komponen tersebut akan terpapar radiasi ultraviolet (UV) spektrum penuh. Di luar orbit rendah Bumi, sinar gamma dan radiasi pengion lainnya juga menjadi perhatian. Radiasi dapat memperpendek umur komponen non-logam dan biasanya menurunkan kualitas sinyal elektromagnetik melalui interferensi frekuensi radio (RFI) dan interferensi elektromagnetik (EMI).
Konektor listrik seperti konektor listrik Tromper QPS dari Cinch Connectivity Solutions, yang dapat mengatasi masalah ini, memiliki fungsi pelindung interferensi RF dan interferensi elektromagnetik yang kuat, dan dapat memenuhi persyaratan spesifikasi bus data MIL-STD-1553B.
Mereka juga sebagian besar terbuat dari logam, termasuk kontak tembaga berilium berlapis emas dan substrat nikel. Bahan dielektrik low degassing polytetrafluoroethylene (PTFE) dapat mencapai TML kurang dari 1,0% dan CVCM kurang dari 0,10%.
Seri Tromper tingkat ruang mencakup dua jenis konektor kecil untuk koneksi. Konektor TRB mengadopsi kunci bayonet (Gambar 3), sedangkan konektor TRT mengadopsi sambungan berulir (Gambar 4). Setiap jenis menawarkan beberapa desain untuk memungkinkan koneksi melalui papan, terminasi kabel, atau papan sirkuit cetak (PCB).