電連接器在不斷擴(kuò)展的無人機(jī)和設(shè)備領(lǐng)域起著關(guān)鍵作用

黃正 譯，聞春國 審校

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第40所;2.四川華豐企業(yè)集團(tuán)有限公司)

多年來，電子元件行業(yè)一直從引入全新類別的產(chǎn)品當(dāng)中獲益，這些產(chǎn)品為可分離式連接器創(chuàng)造了更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。在某些情況下，歷史上的機(jī)械式設(shè)備如今已適合于電子設(shè)備，或?yàn)槠渌〈＿@種"電子化"進(jìn)程的實(shí)例有:個(gè)人計(jì)算機(jī)取代了打字機(jī)，3D CAD透視圖取代了工程圖紙，而汽車中的照明和點(diǎn)火電路漸漸地補(bǔ)充了多種多樣的計(jì)算機(jī)，從娛樂到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，計(jì)算機(jī)幾乎無所不能。

連接器行業(yè)已經(jīng)成為這一進(jìn)程的一大受益者。它們通過開發(fā)一系列可以滿足這些獨(dú)特應(yīng)用需要的新型接口來應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)。除了許多已經(jīng)成為大宗商品的標(biāo)準(zhǔn)連接器外，連接器制造商還研制出了新的接口，以滿足一些特定的應(yīng)用要求，包括更大的電流、更小的尺寸、更高的針數(shù)、更高的可靠性、阻抗受控、EMI屏蔽以及耐惡劣的環(huán)境。已為特定應(yīng)用研制出高度專業(yè)化的連接器，其范圍從帶有1000多個(gè)接觸件的焊盤柵格陣列插座，到額定值達(dá)800A以上的電源連接器，應(yīng)用十分廣泛。

今天，一種新的設(shè)備門類，即無人駕駛的空中、陸地和水下運(yùn)載工具正在成為一個(gè)新興的市場(chǎng)。它起初用于軍事用途，可如今已經(jīng)漸漸成為民用領(lǐng)域的一個(gè)主角。

盡管無人駕駛飛機(jī)或自主控制飛機(jī)概念可追溯至二十世紀(jì)初期，但無人機(jī)只是在過去10年中才出現(xiàn)了驚人的增長。"捕食者"就是首批軍用無人機(jī)平臺(tái)之一。它研制于1994年，在1995年首先部署于波斯尼亞，主要用于監(jiān)視任務(wù)。到了2002年，其作用發(fā)生了轉(zhuǎn)變。在配備了"獄火"導(dǎo)彈之后，它在阿富汗變成了一種有效的尋找和摧毀目標(biāo)的武器。無人機(jī)名錄，連同其功能范圍，已出現(xiàn)了對(duì)數(shù)式增長態(tài)勢(shì)。這與它們摧毀位于阿富汗、伊拉克和巴基斯坦的基地組織領(lǐng)導(dǎo)層方面取得的巨大成功有關(guān)。突襲敵人、直到最后一刻敵人都沒有察覺的能力，使得我們的軍隊(duì)可以將我們的戰(zhàn)士置于安全地帶。這是走向遠(yuǎn)程遙控戰(zhàn)爭(zhēng)的一個(gè)重大步驟。無人機(jī)可以在高空或超低空活動(dòng)，并可以將觀察飛行時(shí)間延長到36小時(shí)。美國國防部報(bào)告稱，現(xiàn)在其武庫中每三架飛機(jī)中就有一架是無人機(jī)。

小型無人機(jī)，例如"投擲式機(jī)器人(Throwbots)"可以照字面意思投擲到房間里，甚至邊爬樓梯邊執(zhí)行視頻監(jiān)視或炸彈檢測(cè)任務(wù)。其中，一些無人機(jī)可以認(rèn)為是可擴(kuò)展用于單項(xiàng)任務(wù)。其它無人機(jī)如"捕食者"預(yù)計(jì)可以工作多年。在這些設(shè)備中，使用的元器件必須滿足最高水平的耐用性要求。

近幾年來，人們已經(jīng)研制出大批新型無人駕駛的軍械設(shè)備，用于完成特定的任務(wù)，包括炸彈檢測(cè)和拆卸、監(jiān)視、材料運(yùn)輸，甚至可以救援受傷的士兵。

除了運(yùn)輸工具之外，典型的軍用無人機(jī)系統(tǒng)包括地面控制設(shè)備和衛(wèi)星通訊終端。無人機(jī)匯集了一系列范圍極為廣泛的電子系統(tǒng)，分別管理著飛行控制、導(dǎo)航、視頻偵察、武器管理、目標(biāo)采集及通訊。所有這些系統(tǒng)均要求潛在的惡劣環(huán)境中具有絕對(duì)的可靠性。

在天平的另一端是"微型機(jī)器人(Microbots)"，其直徑只有幾英寸，設(shè)計(jì)可以在天空飛行、地面爬行、或在海上或海下移動(dòng)，以提供近程和不可檢測(cè)的視頻和音頻信息。近期的演示證明，具有位置感知能力的微型機(jī)器人能夠成群浮游，以避免碰撞并執(zhí)行團(tuán)隊(duì)任務(wù)。

自主飛行器是已經(jīng)進(jìn)入這一市場(chǎng)的另一種類設(shè)備。美國陸軍最近批準(zhǔn)了洛克希德·馬丁公司的"小組任務(wù)支持系統(tǒng)(SMSS)"。這是一種自主控制的卡車，其自控范圍為125英里，能夠在崎嶇的地面運(yùn)送1000磅的設(shè)備。這些無人駕駛的車輛可行進(jìn)到設(shè)定的目的地，能辨別已確定的道路，并繞過障礙物繼續(xù)行駛。

盡管存在著嚴(yán)重的道德和法律問題－－在部署之前必須加以解決，但是，人們對(duì)于可運(yùn)載致命性殺傷武器的自殺式無人機(jī)的研究工作仍在繼續(xù)。

遙控飛機(jī)和陸地運(yùn)載工具也引起了民用部門的注意。小型無人機(jī)是替代警方用于執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)的大型直升機(jī)的性價(jià)比更高的選擇。這不僅是因?yàn)樵撈脚_(tái)采購起來便宜許多，而且其運(yùn)行成本只有30美元/小時(shí)。消防員可以監(jiān)測(cè)建筑物或森林的火災(zāi)情況，以確定最有效的滅火辦法。無人駕駛飛機(jī)已經(jīng)開始應(yīng)用于給農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥、制作地圖和報(bào)導(dǎo)新聞事件，也可用來監(jiān)測(cè)傳輸線路、洪水狀況、家畜和野生動(dòng)物。目前已有幾十家執(zhí)法機(jī)構(gòu)獲得了美國聯(lián)邦航空局的批準(zhǔn)從事民用無人機(jī)的運(yùn)營。

這些監(jiān)視平臺(tái)當(dāng)中，有許多已被政府部門用于邊界巡邏，打擊毒品走私和非法移民。其它民用機(jī)器人主要用來檢測(cè)可能的炸彈，并搜尋因地震倒坍的建筑物中是否有幸存者。在日本，遙控機(jī)器人被派往受海嘯破壞的核反應(yīng)堆。這些區(qū)域的輻射水平對(duì)于人體來說都是致命的。未來應(yīng)用領(lǐng)域包括采用商用無人飛機(jī)在各個(gè)機(jī)場(chǎng)之間運(yùn)載貨物甚至旅客的可能性。

民用無人機(jī)群已經(jīng)引發(fā)了許多問題，包括隱私問題以及擔(dān)心與客機(jī)相碰撞的問題。美國聯(lián)邦航空管理局正在制定新的管理?xiàng)l例，而且似乎傾向于允許無人機(jī)無限制地出入民用空域。這一趨勢(shì)明顯是允許更多地部署這些裝備。據(jù)說，有50多家公司正在研制民用無人機(jī)，因?yàn)槠涫袌?chǎng)潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了軍用領(lǐng)域的預(yù)測(cè)。

與消費(fèi)類遙控玩具不同的是，軍用和商用無人機(jī)需要高可靠的連接器和電纜組件，用來傳輸從直流電源到高速視頻信號(hào)的一切電信號(hào)。連接器必須做到體積小，重量輕，能夠經(jīng)受住沖擊、連續(xù)振動(dòng)以及暴露于潮濕的環(huán)境，而且在范圍較廣的環(huán)境溫度下也能正常工作。它們必須提供一種自動(dòng)防故障的連接方法，這一般由未經(jīng)培訓(xùn)的人員在現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行維修。連接器類型從標(biāo)準(zhǔn)和混裝的圓形軍用型式如MIL－DTL－38999到矩形MIL－C－24308型式各不相同。

為了保護(hù)關(guān)鍵電路，連接器具有環(huán)境密封和氣密封以及EMI濾波功能在這些應(yīng)用中至關(guān)重要。它們所具有的阻抗嚴(yán)格受控的能力對(duì)于高速電路來說非常重要。微型和納米型連接器可以解決外形尺寸和重量上的問題。在某些情況下，近期面市的采用鋁合金和復(fù)合外殼的連接器特別適用于無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。此外，光纖連接器也因其尺寸小、重量輕、頻帶范圍寬以及抗EMI特性而具有很大的優(yōu)勢(shì)。支持標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議的加固型連接器(包括USB、PCI和10Gb Ethernet)也頗受市場(chǎng)歡迎。

除了位于無人機(jī)中的許多接口之外，地面控制和維護(hù)設(shè)備也為這一市場(chǎng)領(lǐng)域的連接器制造商提供了新的機(jī)會(huì)。

一向致力于高可靠醫(yī)療設(shè)備連接器的Fischer公司這樣的供應(yīng)商，也為無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域建起了產(chǎn)品線。其它各大供應(yīng)商，如 Amphenol、Harwin、Hypertronics、Molex和TE Connectivity也在推出相應(yīng)的連接器類型，以適用這一高附加值連接器領(lǐng)域中的應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，耐久性和可靠性是優(yōu)先考慮的因素。

據(jù)估計(jì)，美國軍方在空中、地面和海下目前保有7000多臺(tái)無人駕駛設(shè)備，還有更多在采購之中。據(jù)航空工業(yè)預(yù)計(jì)，到2018年，全球?qū)⒉渴鸾?萬臺(tái)無人機(jī)，預(yù)計(jì)其中有一半部署于美國國內(nèi)。減少戰(zhàn)場(chǎng)上士兵的人數(shù)是美國長期的目標(biāo)，這些高科技設(shè)備具有更大的成本效益優(yōu)勢(shì)，在政治上更容易被接受。雖然整個(gè)國防開支預(yù)計(jì)在今后18個(gè)月中將會(huì)降低5～10%，但剩下的預(yù)算中分配給無人機(jī)的百分比預(yù)計(jì)將會(huì)有所增長。

民用市場(chǎng)規(guī)模可能數(shù)倍于軍用領(lǐng)域，有19000多個(gè)國內(nèi)執(zhí)法機(jī)構(gòu)正在考慮采用這一技術(shù)。據(jù)估計(jì)，全球花費(fèi)在無人機(jī)上的開支為59億美元，預(yù)計(jì)在今后10年這一支出將會(huì)增加1倍。其中，連接器將會(huì)在這一總值中占據(jù)很大的比重，使得這一市場(chǎng)成為頗具吸引力的增長領(lǐng)域。技術(shù)進(jìn)步再一次開辟了新的產(chǎn)品門類，并為電連接器行業(yè)帶來更多的機(jī)會(huì)。