宇航环境用线缆需满足尺寸及质量、电气性能、热性能、机械性能、化学性能和空间环境等方面的要求。目前，不同的宇航环境主要有压力舱、低地球轨道（LEO）、同步地球轨道（GEO）、跨大气层飞行器、月球表面和火星表面环境等。航天器舱内属于封闭结构，其环境与压力舱环境一致。
航天器舱内外线缆系统的质量与航天器载荷密切相关。相同性能情况下，线缆质量越轻，航天器能够承载的载荷就越多，为增加航天器载荷，必须对航天器用线缆的尺寸及质量进行控制；同时在保证性能的前提下质量越轻，发射成本也越低。对于卫星类航天器而言，首要问题是降低航天器自身的质量，质量的减轻不仅可以减少发射费用，更重要的是能节省出更多的空间位置，方便卫星携带更多的燃料，提高卫星的有效运行寿命。
目前，较常见的线缆轻量化方法有：①特定场合采用较小截面的高性能铜合金导体代替较大截面的软铜导体，譬如采用28AWG铜合金导线替代26AWG铜导线，可使线缆质量减轻25%以上；②采用绕包绝缘代替常见的挤包绝缘，降低绝缘层厚度，譬如采用26AWG绕包绝缘导线替代挤包绝缘导线，可使线缆质量减轻20%以上；③采用密度较低的新型挤包绝缘替代绕包绝缘，降低绝缘层密度，譬如采用26AWG挤包绝缘导线替代绕包绝缘导线，可使线缆质量减轻35%以上。
目前，为太空设计的电力系统绝大多数都是低压直流系统，功率范围在几瓦到几千瓦之间。随着电力系统运行的日益复杂，线缆系统的故障率也大大提高，当系统电压水平升高时，出现电晕和电弧轨迹的可能性同步增加。相关试验表明，线缆系统在直流电压为28V时可能会产生电弧径迹，但在直流电压上升到270V时肯定会产生电弧径迹。因此，宇航环境用线缆在空间环境中使用时，应考虑线缆的耐压能力。宇航环境用线缆的电气性能要求见表1。
表1 宇航环境用线缆的电气性能要求
由于空间环境中缺乏大气，线缆系统会产生极端的热应力。空间环境中没有大气吸收热量，无论太阳是否照射，线缆系统均会出现极端的高温或低温，此外，当线缆受到保护而不受极端温度影响时，例如在载人压力舱中，富集的氧气环境将增加线路故障引发火灾的可能性。在极端温度下，航天器舱外线缆的老化速率加快，从而促使线缆绝缘失效。航天器舱外线缆系统会面临极端的高温或低温，热循环频率是影响航天器舱外线缆温度的最大因素。
虽然卫星运行的环境是极端的，但航天器的设计可以减少热应力对卫星内部线缆系统的影响，即航天器内部线缆由航天器系统保护，使电气线路免受极端环境影响；在行星表面，线缆系统需经受各种极端温度，故应选用耐温性能满足宇航环境要求的线缆。目前，宇航环境用线缆的耐热冲击试验按照标准GJB 17.14-1984进行，温度条件为-55~200℃，一共4个周期。为了确保宇航环境用线缆的可靠性，可以增加耐热冲击试验的周期。宇航环境用线缆的热性能要求见表2。
表2 宇航环境用线缆的热性能要求
航天器发射过程中的振动和声压会造成线缆系统的磨损，宇航环境中的流星体和碎片可能会撞击和切割线缆系统。航天器发射过程中，声压会引起振动，声压引起的振动可能大于结构传递引起的振动。流星体和碎片撞击线缆系统将导致其绝缘表面产生破损，由此产生的切口会导致电弧的产生；较大的碎片可能切断线缆，导致开路。
振动和声压及流星体和碎片会影响线缆系统，将增加线缆电弧径迹发生的可能性。因此，宇航环境用线缆设计时，应采取一些防护措施（如采用屏蔽和固定敷设），并且应选用机械性能满足宇航环境要求的线缆。目前，宇航环境用线缆的机械性能通过了耐刮磨和耐动态切通试验验证，为满足宇航环境要求，建议线缆试验时增加宇航振动环境下的导线绝缘电阻。
宇航环境用线缆的机械性能要求见表3，其中压力舱内线缆系统不考虑流星体和碎片的影响，同时火星表面受到流星体和碎片影响的概率极低，也不考虑。
表3 宇航环境用线缆的机械性能要求
宇航环境用线缆需要暴露在恶劣复杂的化学环境中，这可能引起绝缘性能的退化，从而导致电弧径迹故障。宇航环境用线缆的化学性能要求见表4。
表4 宇航环境用线缆的化学性能要求
线缆暴露在高湿度环境下易导致绝缘水解，从而降低绝缘强度。空间飞行器的组装和储存必须控制环境中的湿度，有效载荷整流罩内的相对湿度必须调节到小于50%。在宇航空间环境中，原子氧会侵蚀线缆绝缘材料，由此产生的质量损失会减小绝缘层的厚度，并可能导致绝缘性能的退化。航天器进入太空后，线缆绝缘材料会排出一些水分或添加剂等产物，由于压力舱内是封闭的载人环境，必须提前通过试验确定材料逸气的毒性。
目前，用于表征宇航环境用线缆的化学性能试验有真空原子氧辐照试验、氟化物逸出试验、热真空释气试验和浸液试验等。
宇航环境用线缆处在特有的空间环境中，环境特点包括高强度的太阳辐射、低重力、低压力，以及带电等离子体等。
表5 宇航环境用线缆的空间环境性能要求
宇航环境中的辐射由宇宙射线、电磁辐射、范艾伦带辐射、极光粒子和太阳耀斑粒子组成。可使绝缘老化的电磁辐射是紫外线辐射，它会降低绝缘强度使绝缘脆化，同时引起绝缘的颜色变化。紫外线辐射的暴露剂量通常用等效日照时数（ESH）表示，GEO和月球表面的紫外线每年产生的辐射量为8760ESH。
在太空中，热源区域的热空气团保持停滞状态，故电弧径迹发生过程中，电弧产生的热量无法迅速消散，将加速线缆绝缘的热分解并产生碳电弧径迹。在低压力环境中，低分子量的组分材料、未反应添加剂、污染物、吸附气体和水分等的逸出和蒸发将使绝缘层质量减轻进而引起绝缘性能变化。此外，低压力环境还会导致产生电晕的电压等级降低。在带电等离子体环境中，航天器表面与环境等离子体之间的电势会积聚并产生电弧，从而引起航天器系统内部故障。
随着航天器设计寿命的延长，线缆长时间暴露于空间环境出现的绝缘降解问题，不会只体现在单一试验中。目前，耐辐照试验已用来表征宇航环境用线缆的空间环境性能，但建议对线缆的空间环境综合因素进行考察，以确定线缆对宇航环境的适用性。
皖公网安备 34011102002471号
