Den 4 juli 2020 drabbades Rocket Labs Electron-raket av ett fel vid avresan som ledde till att sju satelliter gick förlorade. Ett högre motstånd i en koppling gjorde att den överhettades, vilket gjorde att det vibrationsskyddande materialet som täckte kopplingen smälte. Vibrationerna gjorde därefter att leden hoppade ur, vilket kapade strömtillförseln till turbopumpen.

Kopplingarna undergår extrema påfrestningar under alla stadier under rymdresan. Alex Raymond, produktchef på kopplingsspecialisten PEI-Genesis, diskuterar utmaningarna som kopplingarna utsätts för under en månresa och vilka åtgärder tillverkarna vidtar för att se till att de klarar av dessa krävande förhållanden.

3, 2, 1 – Avfärd
Huvudmotorerna och raketboosters antänds med ett dån och samtliga komponenter på rymdfärjan utsätts för intensiva vibrationer. Dessa vibrationer kan påverka kopplingarnas integritet och funktionalitet, då de riskerar att skaka sönder. Dessutom kan snabba temperatur- och tryckförändringar under avfärden leda till att vissa av de material som förseglar kontakterna expanderar och drar ihop sig, vilket gör att kontakterna lossar och att anslutningarna blir felaktiga.

För att klara alla utmaningar under avresan måste kopplingarna utformas med precision och vara robusta. Kopplingssystem som domkraftsskruvar, spärrmekanismer och bajonettkopplingar används för att säkerställa att anslutningarna håller även under extrema vibrationer. Hermetiska tätningar och avancerade isolerande material skyddar kopplingarna mot temperatur- och tryckförändringar.

Resa ut ur atmosfären
När rymdsonden börjar lämna jordens atmosfär stängs huvudmotorn av, vibrationerna avtar och förstasteget avlägsnas. Andrasteget lägger sig sedan i en låg omloppsbana. Kopplingarna står nu dock inför nya utmaningar i denna extrema miljö.

Termisk cykling uppstår när rymdfarkosten rör sig mellan solljus och skugga, vilket leder till att temperaturen varierar från -65 till +125 °C i den låga omloppsbanan. Då ett nära fullständigt vakuum uppstår på grund av avsaknaden av atmosfär börjar polymerer i kopplingarna avgasas, vilket frigör flyktiga organiska föreningar (VOC:er) som kan störa andra komponenter. Kvarvarande magnetism i de metaller som används i kopplingarna kan leda till flera felaktiga avläsningar av instrument, t.ex. kritiska fel i navigerings- och strömgenereringssystemen.

Kopplingar som är utformade för tillämpningar i rymdfarkoster i låg omloppsbana och längre bort måste ha isolerande egenskaper som tål extrema temperaturer. Lyckligtvis finns många av kopplingarna inuti själva rymdfarkosten, vilket innebär att de också är isolerade av andra komponenter. Lösningar för låga omloppsbanor omfattar kopplingar av rymdklass D38999 (klass G) med en drifttemperatur på -65 till +200 °C. Dessa kan parkopplas med olika tillbehör med rymdklass, t.ex. värmekrympslangar och backshells.

För att förhindra problemet med avgasning måste tillverkarna extrahera VOC-erna före avfärd. Detta åstadkoms genom att anslutningarna utsätts för förhöjda temperaturer i en vakuumförsluten ugn.

Metallkopplingar som har konstruerats särskilt med låg kvarvarande magnetism inkluderar Positronic Space D-Subs. Dessa överensstämmer med MIL-DTL-24308 klass M-specifikationer för D-Subs och NASA-RP-1124-standardtester för avgasning. Testerna utförs med hjälp av en fluxmätare enligt NASA:s rymdklasskrav för elektriska komponenter.

Inom det Europeiska samarbetet för rymdstandardisering beskrivs de lämpliga material som ska användas i rymden i produktsäkerhetsstandarden för rymdfärder. I den beskrivs till exempel att flyktiga metaller som kadmium, zink och tenn, som kan orsaka ”whiskers” i vakuum, bör undvikas i maskinvara för rymdfarkoster och i stödutrustning på jorden. Porösa pläteringar, inklusive plätering med guld i stället för silver, utgör också en risk och ska inte användas i rymdfärjor.

Landning
När rymdsonden närmar sig månens yta antänds finjusteringsraketerna för att sakta farten under landningen, vilket river upp stora mängder damm som täcker farkostens yta och externa kopplingar.

Dammpartiklar kan ta sig in i kopplingar och ansamlas på kontaktytor, stift och uttag. Detta kan leda till dålig elektrisk kontakt, ökat motstånd och till och med tillfällig eller fullständig förlust av signalöverföring. Kontaminerade kopplingar kan leda till datafel, försämring av signaler, försämrad övergripande systemprestanda eller fullständigt haveri.

Packningar, o-ringar, backshells och värmekrympshöljen kan integreras i kopplingsdesignen för att förhindra att damm tränger in och upprätthålla lufttäta anslutningar. Förutom att skydda mot tryckförändringar håller hermetiskt förslutna kopplingar även damm och andra partiklar borta.

PEI-Genesis har ett långtgående samarbete med tillverkare av kontaktdon med rymdklasser. Företaget agerar i rollen som betrodd rådgivare och tar fram anpassade lösningar för unika uppdrag och utnyttjar sitt stora utbud för snabb åtkomst. Varumärken som Positronic, Amphenol och Souriau erbjuder mångsidiga alternativ för flygrelaterat, militärt och medicinskt bruk.

Filed under: Kontaktdon, Utländsk Teknik