推动这一现象的因素包括更经济实惠的技术和开源参考设计的普及。这些因素降低了工程领域的准入门槛,使规模较小的公司能够推出他们设计和制造的设备。此外,这也使得他们所需的技术和资金投入比以往大幅减少。.
总部位于英国白金汉郡的4Links公司在“新太空”发展中扮演着举足轻重的角色。该公司成立于2000年,致力于为中小企业提供完成太空项目所需的工程技术和咨询服务。同时,
4Links也与空客和Clearspace等大型企业开展合作。4Links近期的一个项目是开发一个软硬件平台,旨在使太空系统的开发更加快捷、简便且经济高效。该平台以北欧神话中智慧之神洛基(Loki)命名,旨在促进设计复用,无需每个项目都从零开始。
图 1:4Links 的 Loki 开发平台(子系统连接区域位于右侧)。Loki
旨在为航天工业客户提供一个完全可配置的处理平台,用于构建其星载计算机。它专为采用日益普及的 SpaceWire 网络基础设施方法(4Links 创始人 Paul Walker 在该方法的实现中发挥了关键作用)的卫星而设计。Loki 基于可编程、模块化和逻辑化设计,所需的工程资源更少,从而缩短了交付周期并降低了成本。Loki
由一块 Eurocard 格式的主板和一个扩展辅助板组成。该辅助板负责所有与固定功能相关的方面,例如处理、内存和系统管理。该辅助板基于高性能的 Xilinx Kintex UltraScale FPGA。它可以在发射前重新编程,甚至可以在飞行中升级。同时,主 I/O 板负责所有连接。它充当网关,处理与各种卫星子系统的通信,并为连接到 FPGA 的扩展板提供输入。
辅助板与主板集成,并支持不同的I/O配置,这极大地简化了根据客户需求进行的修改。Loki的另一个关键优势在于,该电路板只需验证一次,即可用于多种配置。因此,所有准备工作都能在更短的时间内完成,有时甚至只需一个月。
正如4Links工程总监Spencer Saunders解释的那样:“主板和辅助板的设计方案使该平台对我们的客户极具吸引力。它更加灵活,能够加速开发。用户的另一个好处是,他们可以验证一块电路板,然后重新配置其他电路板。这种验证方式避免了每个新项目都需要进行成本高昂的重新认证。”
工程考量
:由于Loki的目标应用是卫星和其他轨道设备,因此其整体重量必须尽可能轻。此外,大多数“新太空”项目对成本都非常敏感,这意味着定制的军用规格组件在设计中不可行;取而代之的是使用现成的常规产品。最重要的是,这些设备必须具备抗损能力。所有选用的组件都必须能够在极端温度、机械冲击和振动环境下长时间稳定运行。
将主板连接到各个子系统需要4Links开发团队克服诸多设计挑战。除了满足上述所有要求外,用于必要连接器的空间也非常有限,因此必须采用高密度引脚配置。
寻找高效的互连解决方案:
传统的连接器,例如 Micro-D 连接器,对于这种应用来说尺寸过大,会占用印刷电路板上的宝贵空间。此外,由于其金属外壳,这些连接器也更重,因此需要一种替代方案。Harwin
和 4Links 大约一年前就开始讨论 Loki 项目。经过对各种样品的广泛测试,最终确定 Gecko-SL 连接器是 I/O 板的理想选择,能够满足其子系统的所有连接需求。Harwin
的 1.25 英寸间距 Gecko-SL 连接器相比标准的 Micro-D 组件具有显著优势,因为它们更轻巧、更紧凑。与 Gecko 系列的所有组件一样,它们具有关键任务系统所需的极高可靠性:它们必须足够坚固,能够承受最严苛的工作条件。螺纹锁定机制即使在强大的扭转力下也能确保牢固连接。 4 端铍铜触点设计确保即使在剧烈冲击(50G/100G)和振动(20G)下也能保持稳定的连接。Gecko-SL 连接器可在 -65°C 至 +150°C 的温度范围内工作,并且具有出色的脱气性能。Gecko
-SL 连接器提供多种引脚配置。对于 Loki 平台而言,4Links 技术团队需要极佳的连接灵活性,以便通过多种组合方式成功集成到主板的可用空间中。这最大限度地减少了未使用引脚占用的空间。
“Harwin 的 Gecko-SL 连接器为我们提供了所需的高引脚密度,而且比其他同类产品更胜一筹,因为它们占用的电路板空间极小,”4Links 的 Saunders 表示。 “我们也十分欣赏不同版本连接器引脚数量的灵活性。这使我们能够根据每个功能安装所需数量的引脚,而不会造成引脚闲置或空间浪费。” “我们从Harwin公司收到的产品质量以及相应的技术支持,对于我们成功将Loki平台推向市场至关重要。”
Loki平台已成为众多低地球轨道(LEO)卫星任务所搭载计算机系统的基础,这些卫星用于天气监测、地球观测和空间碎片清除。更多项目即将启动。
作者:安迪·布雷福德,哈温公司北欧业务发展总监
