Backshells de grau espacial para conectores Micro-D e D-Sub

À medida que os designers avaliam a capacidade de um backshell para proteger as terminações de conectores a fio e a cabo, vale a pena considerar soluções econômicas de alta qualidade que possam lidar com vários desafios. As principais funções fornecidas pelos backshells incluem alívio de tensão na parte traseira da concha (onde os contatos se conectam a fios ou cabos), blindagem de interferência eletromagnética (EMI), e proteção ambiental.

As propriedades materiais de liga de alumínio ou backshells termoplásticas compostas devem apresentar características robustas, leves e precisas de acoplamento. O desempenho físico deve incluir a capacidade de suportar choque, vibração, temperatura e corrosão. Lidar com esses desafios é especialmente crítico quando sistemas eletrônicos são submetidos a velocidades supersônicas e altas forças gravitacionais (g).

Os backshells Micro-D e D-Subminiatura da TE Connectivity para aplicações em naves espaciais atendem às demandas funcionais, materiais e de desempenho, em que a qualidade e a acessibilidade contam.

A evolução dos conectores D-Sub passou de conectores D-Subminiatura (D-Sub) desenvolvidos na década de 1950 para designs mais compactos de Microminiatura D (Micro-D) introduzidos no início da década de 1970 para as versões D-Sub e Micro-D de alto desempenho atuais que aproveitam a tecnologia de backshell retangular avançada para aplicações de nível espacial.

Atualmente, os conectores de rack e painel podem utilizar backshells D-Sub altamente especializados da TE para acoplamento compatível com MIL-DTL-24308 e backshells Micro-D para acoplamento compatível com MIL-DTL-83513-em fatores de forma compactos e retangulares. Assim como os designs circulares padrão, os backshells retangulares oferecem as principais vantagens funcionais, que incluem:

O alívio da tensão suporta cabo e fio para ajudar a evitar o excesso de dobras ou flexão. Isso pode ser alcançado com uma proteção termo retrátil, grampo de cabo ou pino de amarração, dependendo das preferências do cliente e dos requisitos de teste. Os grampos dos cabos ajudam a evitar que os fios puxem os contatos e causem danos mecânicos gerais à terminação. Os grampos do cabo da barra de sela são integrados ao backshell para simplificar a instalação. No entanto, os backshells de alívio de tensão não fornecem nenhuma EMI ou proteção ambiental e devem ser usados apenas em ambientes limpos e secos.

A EMI, também conhecida como interferência de radiofrequência (RFI) quando no espectro de radiofrequência, pode afetar um circuito elétrico por indução eletromagnética, acoplamento eletrostático ou condução. Para ajudar a evitar os efeitos da EMI, a blindagem de compatibilidade eletromagnética (EMC) pode empregar um a blindagem trançada devidamente aterrada ou uma tela com terminação no backshell. Para proteger a blindagem/tela, uma Banda Padrão ou Microbanda pode ser usada.

Métodos adicionais de preservação da integridade das peças incluem:

Para proteger os backshells do ambiente, toda a montagem deve ser selada com uma capa protetora (boot) termo retrátil. A capa protetora (boot) em si deve ser devidamente selada com um encapsulamento composto ou um adesivo para ajudar a evitar que a água ou outros fluidos entrem na fiação. Outra solução é fornecer uma tampa protetora na parte traseira de um conector que é usada como um dispositivo autônomo.

Fazer a terminação de uma blindagem no backshell irá aterrar o sistema. A terminação mais básica da blindagem de cabo compreende conectar a circunferência total da blindagem do cabo ao backshell. Em seguida, deve ser conectado ao gabinete e, finalmente, conectado à estrutura da aeronave para ajudar a garantir um sistema fechado sem um loop de aterramento. O uso de um backshell para aterramento é particularmente valioso em situações em que o aterramento não é permitido através de um pino.

Backshells em aplicações com classificação espacial requerem processamento especializado de materiais e interfaces precisas de acoplamento. Para backshells metálicos, o material base e o revestimento devem ser combinados para evitar corrosão galvânica entre metais diferentes. Para backshells termoplásticos compostos, o material não metálico não corrói, pesa menos que o metal e pode suportar melhor ambientes adversos.

Backshells em ambos os materiais estão disponíveis nas versões de copo de solda, placa de circuito impresso(PCB) e pré-cabeada.

• Backshells de alumínio são feitos de liga de alumínio leve, robusta e usinada e empregam hardware acessório de aço inoxidável. O revestimento é tipicamente feito com níquel sem eletrólise, que fornece um acabamento condutor de baixa resistência apropriado para aplicações não ambientais. O revestimento dourado oferece excelente resistência à corrosão espacial e à radiação. Como o revestimento de cádmio sublima no vácuo, não é aceitável em aplicações onde a desgaseificação é uma preocupação.
• Os backshells termoplásticos compostos são feitos de materiais termoplásticos compostos resistentes a substâncias químicas que reduzem significativamente o peso do sistema de interconexão e manuseiam a neblina SO2 melhor do que o metálico. Como as carcaças compostas são transparentes para a EMI, o revestimento de níquel sem eletrólise é usado para blindagem EMI.

O acoplamento de precisão ajuda a garantir a integridade elétrica de uma interconexão, eliminando a descontinuidade em diâmetros entre pares. Os backshells usinados com precisão permitem não apenas um acoplamento preciso entre as interfaces, mas também uma força poderosa de retenção de acoplamento. Para facilitar a instalação sobre fios terminados, os backshells divididos podem encaixar-se ao conector sem um componente de clipe ferromagnético e utilizar travas roscadas para acoplar conectores. (Os backshells de uma peça, em contraste, devem ser colocados no feixe de fios antes que as terminações entre fio para conector sejam concluídas.) Backshells que requerem uma plataforma para cintas de banda podem utilizar uma Microbanda de baixo perfil que acomoda larguras estreitas de banda que economizam espaço.

Durante o lançamento, voo e órbita, os backshells usados em interconexões a bordo de naves espaciais são submetidos a condições extremas que requerem características críticas de desempenho.

Características específicas de backshells desempenham um papel crítico na manutenção da continuidade elétrica, reduzindo o estresse e a tensão durante o tremor violento e forças G extremas. Os recursos de backshells D-Sub e Micro-D da TE são projetados para atender aos requisitos do cliente adequados à aplicação, não especificações genéricas.

* Dica para o sucesso: Quando a blindagem EMI é necessária, o designer pode usar a terminação Microbanda para esse fim, além de desfrutar de uma medida de proteção contra remoção inadvertida devido à vibração e choque. Uma porca de travamento de autoacoplamento na banda melhora a proteção mecânica para evitar o afrouxamento provocado por vibração.

Incorporar pinos de amarração nos backshells agrupados pode alcançar alívio de tensão para serviços leves. Os pinos de amarração são opcionais em backshells micro-D agrupados, porque os fios são tipicamente encapsulados no lugar e a trança de blindagem adiciona alívio de tensão suficiente. O encapsulamento por si só proporciona algum alívio de tensão, pois a resina epóxi ou outro material usado para preencher o espaço na parte traseira de um conector endurecerá e ficará sólido, oferecendo um grau de força de retenção para apoiar os contatos na carcaça.

Os pontos de entrada do cabo também são vulneráveis à vibração. As entradas de cabo em formato elíptico podem ser empregadas para reduzir os ângulos de contato para minimizar as áreas de desgaste em comparação com as entradas de cabo redondas. No entanto, a força desigual ao redor das bandas nas entradas de cabos em formato elíptico causa problemas, pois o raio maior tende a permitir que a trança seja puxada. O processamento adequado pode mitigar esse problema, mas este tipo de entrada não é recomendado em condições de alta vibração.

Seja em temperaturas de pico muito altas, vales baixos ou ciclos entre temperaturas altas e baixas, o calor e o frio extremos podem causar estresse em materiais como metal, vidro e polímeros, provocando rachaduras e fadiga. Eles também podem distorcer conjuntos e romper vedações devido a diferentes coeficientes de expansão térmica.

Geralmente, os backshells da TE são certificados para a faixa de teste de ciclo de temperatura MIL-STD-883 de -55 °C a +125 °C. No entanto, materiais especializados e revestimentos estão disponíveis para lidar com o frio criogênico do espaço e para componentes eletrônicos de maior temperatura (Figura 1).

A desgaseificação ocorre quando gases presos em materiais não metálicos, como polímeros usados em inserções de conectores, vedações, adesivos ou materiais de encapsulamento, são liberados no vácuo do espaço ou por altas temperaturas. Os gases liberados podem condensar e contaminar superfícies sensíveis, eventualmente degradando o desempenho de sensores de dispositivos acoplados por carga (CCD) em satélites, radiadores térmicos ou células solares.

O teste NASA ASTM E595-77/84/90 e a especificação MIL-W-22759 (M22759) | SAE AS22759 abrangem o desempenho de um material quando exposto a alto calor ou vácuo. Materiais considerados de baixa desgaseificação atendem aos requisitos para uma Perda Total de Massa de 1,00% ou menos e um Material Condensado Volátil Coletado (CVCM) de 0,10% ou menos.

* Dica para o sucesso: Conectores e backshells Micro-D de nível espacial devem atender aos requisitos MIL-DTL-83513 para a desgaseificação de material em um ambiente de vácuo.

No espaço, não há atmosfera para proteger materiais dos efeitos da radiação de raios X, gama e cósmica. A degradação ultravioleta (UV) influencia negativamente as propriedades materiais dos componentes eletrônicos e pode até alterar a composição molecular dos materiais. Ela faz isso removendo átomos de oxigênio de substâncias que contêm oxigênio. Como resultado, os subsistemas de controle térmico podem não funcionar corretamente, a óptica pode ser degradada e as matrizes solares podem se tornar menos eficientes.

Em altitudes de órbita terrestre baixa (LEO) entre 200 km e 700 km, a excitação UV das moléculas de O2 restantes na borda da atmosfera forma oxigênio monoatômico. A corrosão do oxigênio atômico (ATOX) ocorre quando essas moléculas de oxigênio monoatômico altamente reativas corroem alumínio e plásticos. Uma solução é empregar materiais com baixo potencial galvânico, como polímeros de grau espacial, compostos termoplásticos e vidro (fibra óptica).

Os revestimentos podem ser usados com ligas para evitar a formação de uma célula eletrolítica. O revestimento de ouro resiste à corrosão ATOX porque o ouro é um metal nobre que normalmente resiste à oxidação. Revestimentos de dióxido de silício podem proteger polímeros da corrosão ATOX porque o SiO2 já está totalmente oxidado. De forma mais geral, os satélites LEO podem utilizar blindagem UV especial para seus sistemas eletrônicos para minimizar a degradação UV e proteger os componentes.

Hoje, os desafios para interconexões em aplicações espaciais estão se expandindo, pois o tamanho e o peso dos componentes e embalagens devem diminuir. A TE oferece uma ampla gama de produtos compatíveis com a NASA e MIL-SPEC — juntamente com conectores, cabos e recursos completos para chicotes de fios — para ajudar a atender à maioria das necessidades de dados, vídeo, óptica e comunicações de controle no aeroespaço.

Os backshells de nível espacial da TE são projetados para suportar as condições mais rigorosas, mantendo o acoplamento de precisão. Não importa o desafio, conte com nossa experiência técnica, engenharia de design e capacidades de fabricação para apoiar sua missão — desde o lançamento até a interceptação ou implantação. 

• Selecionar o backshell correto para aplicações espaciais é vital para o sucesso de qualquer missão.
• Os principais desafios funcionais incluem alívio de tensão, interferência eletromagnética (EMI), vedação de irritantes ambientais e garantia de que o sistema esteja devidamente aterrado.
• Os materiais usados em backshells para aplicações com classificação espacial devem ser resistentes à corrosão e capazes de suportar ambientes adversos.
• Algumas das condições extremas que representam desafios de desempenho incluem choque e vibração, temperaturas extremas e mudança de temperatura, desgaseificação e exposição a raios severos fora da atmosfera terrestre.
• Olhando para o futuro das interconexões para aplicações espaciais, as peças devem ser otimizadas para tamanho e peso.