幾十年來(lái)，太空探索一直是美國(guó)宇航局（NASA）和歐洲航天局（ESA.）等大型國(guó)際機(jī)構(gòu)的專屬業(yè)務(wù)。然而，近年來(lái)，這種情況發(fā)生了很大變化。現(xiàn)在大量的商業(yè)企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)正在進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)致出現(xiàn)了一種“新太空（New Space）”現(xiàn)象。

推動(dòng)這一趨勢(shì)的根本動(dòng)力包括相關(guān)技術(shù)的成本降低以及開源參考設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，這些有助于降低工程壁壘，使較小的企業(yè)能夠?qū)⑺麄冊(cè)O(shè)計(jì)和制造的航天設(shè)備送入軌道。此外，這也意味著其中所需的技術(shù)和財(cái)力資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于過(guò)去。

總部位于白金漢郡（Buckinghamshire）的4Links在“新太空”開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。該公司成立于 2000 年，為中小企業(yè)提供完成其太空項(xiàng)目所需的工程技術(shù)和咨詢服務(wù)。4Links還與更大的機(jī)構(gòu)和公司合作，其中包括空中客車公司和 Clearspace等。

4Links 團(tuán)隊(duì)最近的一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)是為軟件和硬件開發(fā)一個(gè)平臺(tái)，能夠使面向太空（space-bound）的系統(tǒng)開發(fā)變得快速、簡(jiǎn)單且具有成本效益，該平臺(tái)命名為 Loki，取名于以破壞性著稱的北歐神，平臺(tái)的目的是鼓勵(lì)設(shè)計(jì)重復(fù)使用，而無(wú)需從頭開始每個(gè)新的項(xiàng)目。

圖 1：4Links 的 Loki 開發(fā)平臺(tái)（右側(cè)顯示的為子系統(tǒng)接口區(qū)域）。

Loki 的目標(biāo)是為太空領(lǐng)域的客戶提供一個(gè)完全可配置的處理平臺(tái)，客戶可以在該平臺(tái)上構(gòu)建自己的機(jī)載計(jì)算機(jī)。Loki平臺(tái)專為采用日益流行的 SpaceWire 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方法（4Links 創(chuàng)始人Paul Walker 積極參與建立）的衛(wèi)星而設(shè)計(jì)，并基于可編程邏輯和模塊化結(jié)構(gòu)，減少了所涉及的工程工作量，從而縮短了完成時(shí)間，并降低了相關(guān)的成本。

Loki 由帶有夾層板（mezzanine board）的 Eurocard 格式載板（carrier board）組成，夾層板負(fù)責(zé)所有固定的功能，包括處理、內(nèi)存、系統(tǒng)管理。夾層的中心是一個(gè)高性能 Xilinx Kintex UltraScale FPGA 器件，它可以在發(fā)射前重新編程，甚至可以在飛行中更新。 I/O 載板管理所有接口，它可以作為網(wǎng)關(guān)，涵蓋了與不同衛(wèi)星子系統(tǒng)的通信以及為 FPGA 夾層的輸入。

夾層板能夠放置在具有不同 I/O 配置的載板上，這種能力可以很容易地根據(jù)每個(gè)客戶的具體要求修改設(shè)置。 Loki 的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是該板只需通過(guò)一次認(rèn)證，然后即可用于多種配置。因此，一切都可以在極短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)備好，可能只需一個(gè)月時(shí)間。

正如 4Links 工程總監(jiān) Spencer Saunders 所解釋的那樣：“這種載板/夾層板方法使這個(gè)平臺(tái)對(duì)我們的客戶非常具有吸引力。該平臺(tái)更加敏捷，從而能夠加快開發(fā)進(jìn)程。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，另一個(gè)好處是他們最初可以讓一個(gè)板得到認(rèn)證，然后再重新配置其他板。這種認(rèn)證能夠避免客戶開始每個(gè)新項(xiàng)目時(shí)都需要進(jìn)行昂貴的重新認(rèn)證?！?

工程考慮

由于 Loki 旨在用于衛(wèi)星和其他軌道運(yùn)行硬件，因此必須將硬件的總重量保持在最低限度。此外，必須認(rèn)識(shí)到大多數(shù)“新太空”項(xiàng)目的成本敏感性，這意味著在設(shè)計(jì)中使用 滿足MIL-SPEC 的定制組件根本不可行，必須改用具有高度靈活性的商用現(xiàn)成替代品。最重要的是，這些部件必須具有很強(qiáng)的抗損壞能力。盡管暴露在極端溫度、機(jī)械沖擊和振動(dòng)環(huán)境下，所有選定的組件都需要能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

載板如何與每個(gè)子系統(tǒng)連接給 4Links 開發(fā)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了幾個(gè)需要克服的額外設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。除了符合前面列出的所有要求外，安裝必要連接器時(shí)允許的空間非常小，需要采用特定的高引腳密度配置。

尋找有效的互連解決方案

Micro-D 格式等傳統(tǒng)的連接器解決方案對(duì)于這種類型的項(xiàng)目實(shí)施尺寸太大，PCB 會(huì)占用過(guò)多寶貴的空間。此外，由于此類連接器采用金屬外殼，重量更大，因此，需要查找其它解決方案。

一年多前，Harwin 和 4Links 開始討論 Loki平臺(tái)。在對(duì)樣品進(jìn)行廣泛測(cè)試后，確定Gecko-SL 連接器是 完成I/O 載板及其所有子系統(tǒng)接口功能的絕佳選擇。

圖 2：Harwin 緊湊、輕巧的 Gecko-SL 連接器已被證明在眾多太空企業(yè)中非常受歡迎。

Harwin 的 1.25mm 間距 Gecko-SL 連接器與指定的標(biāo)準(zhǔn) Micro-D 組件相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，它明顯重量更輕、更緊湊。與 Gecko 系列的所有部件一樣，Gecko-SL 連接器能夠提供關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)所需的極高可靠性：足夠牢固，可以耐受最苛刻的工作條件。即使受到強(qiáng)烈的扭力，螺釘鎖定機(jī)構(gòu)也能夠保持可靠連接。4 指鈹銅觸點(diǎn)設(shè)計(jì)可確保互連保持不受重沖擊 (50G/100G) 和振動(dòng) (20G) 的影響。 Gecko-SL 連接器的工作溫度范圍為 – 65～ +150°C。此外，它們還具有令人印象深刻的除氣（outgassing）性能。

Gecko-SL 連接器有多種引腳數(shù)選項(xiàng)，這對(duì) Loki 平臺(tái)也很重要，可為 4Links 的技術(shù)人員提供更大的連接組合靈活性，他們可以成功地將其適應(yīng)載板上的可用區(qū)域。這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果是，未使用引腳占用的空間最終會(huì)很少。

4Links 的 Saunders 表示：“Harwin 的 Gecko-SL 連接器為我們提供了所需的高引腳密度，其實(shí)施方式比我們考慮的競(jìng)爭(zhēng)解決方案要好很多，而且只需要為其分配最小的電路板面積。此外，通過(guò)Gecko-SL 連接器的不同版本，可以獲得更高的引腳數(shù)靈活性。這意味著我們不必采用過(guò)多引腳的產(chǎn)品，這種具有所需引腳數(shù)的連接器可以為每個(gè)引腳分配適當(dāng)功能，而不會(huì)出現(xiàn)引腳未被使用，因此避免PCB空間被不必要地占用。我們從 Harwin 得到的高質(zhì)量產(chǎn)品以及隨之而來(lái)的技術(shù)支持，對(duì)于將 Loki 平臺(tái)推向市場(chǎng)至關(guān)重要。”

Loki 平臺(tái)已經(jīng)成為用于天氣監(jiān)測(cè)、地球觀測(cè)和空間碎片清除等眾多低地球軌道 (LEO) 衛(wèi)星任務(wù)的機(jī)載計(jì)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)，許多基于Loki 平臺(tái)的其他各種項(xiàng)目也將很快進(jìn)行。