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Le missioni spaziali richiedono i più alti livelli di affidabilità a causa dell'ambiente ostile dello spazio e dell'impossibilità di effettuare riparazioni una volta che un veicolo spaziale è stato lanciato. I cablaggi sono componenti critici che interconnettono vari sistemi, e il loro design e la produzione devono garantire una prestazione senza errori per tutta la durata della missione. Per raggiungere questo obiettivo, la Cooperazione Europea per la Standardizzazione Spaziale (ECSS) e la NASA hanno stabilito standard rigorosi che guidano il design, l'assemblaggio e il controllo di qualità dei cablaggi. Due standard importanti in questo dominio sono ECSS-Q-ST-70-61C e NASA-STD-8739.4A. Questi standard forniscono linee guida dettagliate per garantire cablaggi ad alta affidabilità per applicazioni spaziali.
Questo articolo fornisce una panoramica dei principi chiave e dei requisiti delineati in questi standard, con un focus sul design, la selezione dei materiali e l'assicurazione della qualità per i cablaggi utilizzati in applicazioni spaziali. Come esempio verrà utilizzato un design di base di cablaggi utilizzando cavi coassiali.
L'obiettivo principale in questo esempio è collegare due segnali da due PCB differenti a terminali a vite M1.5. A questo scopo verranno utilizzati due cavi coassiali con terminali a saldare. La schermatura di entrambi i cavi si collega con un ulteriore terminale aggiuntivo.
Il lato destro sarà saldato direttamente ai PCB come mostra la figura 2:
Entrambe le normative sottolineano l'importanza di utilizzare materiali che possano resistere alle condizioni estreme dello spazio, inclusi radiazioni, temperature estreme, vuoto e stress meccanici come le vibrazioni. La selezione di conduttori, isolanti, materiali di schermatura e connettori deve soddisfare criteri rigorosi per prevenire la degradazione nel tempo:
ECSS-Q-ST-70-61C e NASA-STD-8739.4A entrambi enfatizzano l'uso di materiali qualificati che hanno subito test specifici per lo spazio per garantire la loro prestazione nell'ambiente operativo.
Con questi requisiti in mente verrà utilizzato un cavo coassiale Habia RG-178BU con isolamento in PTFE e un filo singolo AXON ZLA 2419 (per la messa a terra) con materiale di isolamento in ETFE.
La progettazione e il layout del cablaggio sono critici per ridurre il rumore elettrico, lo stress meccanico e il potenziale per il fallimento dei cavi. I principi chiave includono:
Il processo di assemblaggio è un passo critico per garantire l'affidabilità dei cablaggi. Sia ECSS-Q-ST-70-61C che NASA-STD-8739.4A forniscono linee guida complete sui metodi di assemblaggio, che includono:
Per il processo di assemblaggio è possibile preparare diagrammi dettagliati quanto necessario per il tecnico.
La contaminazione è una preoccupazione critica per i sistemi spaziali, poiché particelle o residui sui cablaggi possono degradare le prestazioni elettriche o interferire con attrezzature sensibili. Entrambi gli standard enfatizzano pratiche rigorose di controllo della contaminazione:
Per garantire che i cablaggi soddisfino i requisiti di affidabilità, sono necessari test approfonditi ad ogni stadio della produzione, dalla selezione dei materiali all'assemblaggio finale. Le principali metodologie di test includono:
Entrambi gli standard ECSS-Q-ST-70-61C e NASA-STD-8739.4A enfatizzano l'importanza dell'assicurazione della qualità e dell'adesione rigorosa agli standard di lavorazione per garantire l'affidabilità dei cablaggi. Ogni passo del processo di progettazione, assemblaggio e test deve essere meticolosamente documentato, e il personale deve essere formato e certificato per eseguire i propri compiti:
La progettazione di cablaggi ad alta affidabilità è una pietra miliare per garantire il successo delle missioni di esplorazione spaziale. Adottando standard come ECSS-Q-ST-70-61C e NASA-STD-8739.4A, gli ingegneri possono progettare e assemblare cablaggi che resistono alle condizioni estreme dello spazio fornendo al contempo prestazioni elettriche affidabili per tutta la durata della missione. Questi standard guidano ogni aspetto della progettazione dei cablaggi, dalla selezione dei materiali e le tecniche di assemblaggio fino ai rigorosi test e al controllo della contaminazione, assicurando che i sistemi spaziali rimangano operativi negli ambienti più impegnativi.
Man mano che le missioni spaziali diventano più complesse e ambiziose, il ruolo di cablaggi ben progettati e affidabili diventa sempre più critico. Comprendere e implementare le migliori pratiche delineate in questi standard è un passo vitale nella costruzione di sistemi spaziali che funzionino senza intoppi per missioni di lunga durata.