在过去十年中,几乎所有种类的商用电子设备在尺寸和重量方面呈现稳定下降趋势。许多以前有固定基座的产品现在都可以随身携带或甚至是佩戴在身上。反过来,这促进开发创新型的互联解决方案,并推出微型尺寸的连接器。
即便具有严格环境要求、较长的开发周期以及产品使用寿命要求为十年的军用市场,也难以不受这种趋势的影响。本文将探讨一些促使军事连接系统朝尺寸更小、重量更轻连接器方向发展,同时又能保持或提升性能并适应新任务要求的因素。
士兵重型负载更小,连机器更轻
步兵一直以来负担沉重的负载,据估计,罗马军团士兵在长途征程中的负载大约为 80 英镑。自从那时候,虽然负载的构成发生了巨大变化,但是今天的士兵在长途徒步巡逻中的平均负载仍有 87~127 英镑。美国国防部认为,这种毫不夸张的负载已经造成越来越多的肌肉骨骼损伤。减少设备重量可减少疲劳,并减少响应时间。在战斗中,这意味着生或死,因此,在不影响完成任务的情况下减少重量是当务之急。
微小型和纳米连接器就是这种解决方案的一部分。相对于传统军用连接器,这样的微型连接器在体积上变小了 10 倍,重量减少了 90%。许多纳米连接器提供可宽达 -200℃~200℃ 的温度范围。
网络中心战和“奈特勇士 (Nett Warrior)”项目
现代网络中心战 (NCW) 的军事准则致力于通过大规模数据分享以及包括各种尺寸的战斗装置的强大计算机网络,在某种程度上利用信息技术将信息优势转化为战斗优势。网络中心战 (NCW) 要求可提供高带宽性能的连接器,其坚固耐用的设计可以抵抗严酷、高冲击和高频振动的环境。
每个士兵都有一个“奈特勇士”项目(以及早期“奈特勇士”项目),它集成不同生产商的多种模块和技术。其目标是提供可随任务要求而变化的模块化设备解决方案。为了最大程度减轻重量,所有设备必须使用常见电源(电池),迫使多个供应商重新考虑连接器的发展战略。
图 2:今天的网络化士兵需要广泛的新类型连接器。(来源:SoldierMod)
驱动商用现货 (COTS)
为了利用最佳的商用设备,军事行业越来越希望开发商用现货 (COTS) 技术。在许多情况下(例如通信),商业领域的开发速度远远超过军事领域,导致商业领域能提供功能更强大而成本更低的产品。
例如,20 世纪 90 年代末,在每个士兵的成本飙升到 85000 美元之后,陆地勇士系统通过使用市场上可买到的设备(包括从 Fry's Electronics 购买的现成零件)替代军用规范设备才免于被取消。
目前的“奈特勇士”项目也是利用 COTS 设备;终端用户设备是 Samsung Galaxy Note II 手机。这些设备以商业价格买进后,其软件经过改进以作军用;它们通过一个底部安装无线电的 USB 进行通信,进而实现网络连接。由于标准商用设备的使用,军用级别的连接器要求标准的商用接口,如 USB 或以太网 (Ethernet)。
图 2:军用以太网连接器。(来源:Amphenol Socapex)
新型 UAV 更小更轻,产生特殊需求
不仅仅士兵携带的设备有尺寸和重量限制,其他设备也有限制,例如 UAV(无人机)。66 英尺翼幅、3800 英镑载荷的 Reaper 不算什么。目前,该无人机末端尺寸小,单个士兵就可携带并发射。例如,黑黄蜂奈米微型飞行器 (Black Hornet Nano MAV) 的尺寸大约为 4 英寸 x 1 英寸,重量刚刚超过半盎司,还包括电池!
但是,MAV 在两个前端处的连接器设计有问题。首先,由于给定电池的续航时间与总重量成正比,连接器的尺寸需要尽可能小,重量尽可能轻。考虑到微型飞行器 (MAV) 朝陆地方向发展,它们也必须满足抗击抗振的要求。其次,为了执行它们的任务,即便是微型飞行器 (MAV) 也必须包括足够备用的精密电子设备。黑黄蜂纳米配备全动态摄影机、GPS 和数字化数据链,且连接器也必须受保护,以免受电磁干扰 (EMI) 和可能的电磁脉冲 (EMP) 威胁。对于最大尺寸的 UAV,可以将连接器和电缆组件封装在导电导管中,以进行保护,但是微型飞行器 (MAV) 不能适应增加的重量。另类的金属编织罩可促使微型连接器的设计人员提供各种后壳配置,以便有足够的接地来避免电磁干扰 (EMI) 和可能的电磁脉冲 (EMP)。
适用的军用标准
正如人们所预料的, 美国军方已经开发出多套规定新一代连接器的标准。
MIL-DTL-38999——使用可移动卷曲或固定焊接触头的微型、高密度、圆形连接器能在 -65℃~200℃ 的温度范围内运行。
MIL-DTL-83513——微型矩形电连接器通常为 Micro-D 大小的连接器,适合众多系统,如导弹和它们的制导系统、航空电子、雷达、肩扛式武器系统、先进士兵技术系统和军用 GPS。
MIL-DTL-32139——纳米微型连接器固定在印刷电路板或附在电缆组件上。连接器接触面在同一行的接触中心之间密集分布着 0.64mm(0.025 英寸)的间隙;适用于低功率微型设备上的印刷线路板 (PWB)、PWB 到电缆、电缆到面板或电缆到电缆之间的相互连接。
在电子产品朝着更小、更快和更高效方向房展的不变趋势下,军用市场也顺应这个趋势。由于对更小更轻系统的要求,这促使连接器设计人员开发更小、更轻、更高性能的系统,但是目前的军用连接器仍然很粗犷。