Durante la última década, se ha experimentado una reducción constante en el tamaño y el peso de casi todos los tipos de equipos electrónicos comerciales. Varios de los artículos que antes eran fijos ahora son portátiles, o incluso usables. Esto, además, impulsó el desarrollo de soluciones innovadoras de interconexión y la introducción de conectores con factor de forma miniatura.
Incluso el mercado militar, con sus requisitos ambientales estrictos, ciclos de desarrollo extendidos y vidas útiles de productos medidas en décadas, no es inmune a esta tendencia. Este artículo analizará algunos de los factores que impulsan a los sistemas de conexión militar a utilizar conectores más pequeños y livianos, mientras se mantiene o se aumenta el rendimiento, y se adaptan nuevas exigencias para las misiones.
Las cargas de peso de los soldados impulsan conectores más pequeños y livianos
Los soldados de infantería se han sobrecargado con cargas pesadas por mucho tiempo; incluso se estima que los legionarios romanos transportaban aproximadamente 80 libras durante marchas extensas. A pesar de que los componentes han cambiado dramáticamente desde esos tiempos, los soldados actuales transportan una carga promedio de 87 a 127 libras durante extensos patrullajes a pie. Según el Departamento de Defensa de los EE. UU., esta carga literal ha provocado mayores lesiones musculoesqueléticas. Cada reducción en el peso del equipo reduce la fatiga y disminuye el tiempo de respuesta. En combate, esto puede significar la vida o la muerte; por lo tanto, reducir el peso sin comprometer la misión es una prioridad.
Los conectores microminiatura y nanominiatura son parte de la solución. Los conectores miniatura son 10 veces más pequeños en volumen y 90 por ciento más livianos en peso que los conectores militares tradicionales. Varios conectores nanominiatura se encuentran disponibles con rangos de temperatura de hasta -200° C a 200° C.
Guerra centrada en las redes y programa Nett Warrior
La doctrina militar moderna de la guerra centrada en las redes (NCW) busca traducir una ventaja de información, que se habilita en parte gracias a la tecnología de la información, en una ventaja de combate mediante intercambio de datos en gran escala y las redes sólidas de computadoras de todos los tamaños de unidades de lucha. NCW requiere conectores que pueden proporcionar rendimiento de alto ancho de banda en un diseño duradero y resistente que soporta entornos hostiles, de alto choque y alta vibración.
En el nivel del soldado individual, existe el programa Nett-Warrior (y el programa anterior Land-Warrior), que integra varios módulos y tecnologías de diferentes fabricantes. La meta es proporcionar soluciones modulares de equipos que pueden variar según la misión. Para minimizar el peso, todas las piezas del equipo deben usar una fuente de energía común (batería), lo que obliga a varios proveedores a volver a diseñar las estrategias de los conectores.
Figura 2: una amplia gama de nuevos tipos de conectores se necesitan para el soldado interconectado actual. (Fuente: SoldierMod)
La tendencia hacia COTS
En un intento por aprovechar los mejores equipos comerciales, los militares buscan tecnología disponible en el mercado (COTS). En muchos casos (comunicaciones, por ejemplo), el ritmo de desarrollo en el sector comercial supera el del sector militar, lo que produce capacidades más poderosas a costos mucho menores.
Por ejemplo, luego de que los costos se dispararan a $85 000 por soldado, el sistema Land Warrior se salvó de la cancelación a finales de la década de 1990 solo al reemplazar el equipo con especificaciones militares con tecnologías disponibles en el mercado, incluso piezas adquiridas en el mercado en Fry’s Electronics.
El programa Nett Warrior actual, también usa dispositivos COTS; el dispositivo de usuario final es un teléfono celular Samsung Galaxy Note II. Los dispositivos se adquieren a precios comerciales y el software se modifica para el uso militar; se comunican mediante USB con una radio en la cadera para la conectividad en red. El uso de dispositivos comerciales estándar conduce a un requisito de conectores de grado militar para interfaces comerciales estándar, como USB o Ethernet.
Figura 2: conector militar Ethernet. (Fuente: Amphenol Socapex)
Los nuevos vehículos aéreos no tripulados (UAV) son más pequeños y livianos, y plantean exigencias especiales
No solo el equipo que transporta el soldado posee nuevas limitaciones de tamaño y peso: los UAV son un ejemplo de ello. Olvide el Reaper con su envergadura de 66 pies y su carga útil de 3800 libras. En la actualidad, la acción se encuentra en una escala mucho más pequeña con drones que puede transportar y lanzar un solo soldado. El micro AV (MAV) Black Hornet Nano, por ejemplo, mide alrededor de 4 pulgadas x 1 pulgada y pesa solo media onza; con baterías.
Sin embargo, los MAV presentan a los diseñadores de conectores problemas de dos tipos. En primer lugar, debido a que el tiempo de vuelo de una batería determinada es proporcional al peso general, los conectores deben ser lo más pequeños y livianos que sea posible. Debido a la tendencia de los MAV a aterrizar de forma agresiva, también deben cumplir con requisitos estrictos de choque y vibración. En segundo lugar, para llevar a cabo su misión, incluso los MAV deben contener un complemento completo de electrónica sofisticada. El Black Hornet Nano cuenta con una cámara de video en total movimiento, GPS y vínculo de datos digitales, y los conectores deben estar protegidos ante amenazas de interferencias electromagnéticas (EMI) y pulso electromagnético (EMP). En los UAV de tamaño completo, los conectores y los montajes de cables se pueden proteger al cubrirlos con un conductor, pero un MAV no puede alojar el peso agregado. La alternativa, cubiertas protectoras trenzadas de metal, obliga a los diseñadores de conectores miniatura a ofrecer una variedad de configuraciones de carcaza para que haya una base adecuada para la protección contra EMI/EMP.
Estándares militares correspondientes
Como es de esperar, los militares de los EE. UU. desarrollaron estándares que describen esta nueva generación de conectores.
MIL-DTL-38999
Conectores miniatura circulares de alta densidad, que usan contactos extraíbles de soldadura fija o engarzado, son capaces de funcionar en un rango de temperatura de -65 °C a 200 °C.MIL-DTL-83513
Conectores microminiatura eléctricos y rectangulares, generalmente denominados factor de forma Micro-D; adaptados a varios sistemas como los misiles y sus sistemas de guía, aviónica aeroespacial, radares, sistemas de armas portátiles, sistemas avanzados de tecnología para el soldado y GPS militar.MIL-DTL-32139
Conectores nanominiatura terminados en placas de circuitos impresos o conectados a montajes de cables. Los contactos de los conectores se encuentran apretados con una separación de 0.64 mm (0.025 pulgadas) entre los centros de contacto en la misma fila; destinados a las interconexiones en la placa de cableado impreso (PWB), de PWB al cable, del cable al panel o de cable a cable en equipo miniatura con requisitos de baja energía.
No es una novedad la tendencia constante de la electrónica hacia sistemas más pequeños, más rápidos y más eficaces, y el mercado militar no es diferente. El avance hacia sistemas más pequeños y livianos obliga a los diseñadores de conectores a desarrollar sistemas que son más pequeños y livianos, capaces de brindar mayor rendimiento, pero resistentes como los conectores de estilo militar existentes.