軍事／航天連接器發展態勢研究

摘要：本文介紹了軍事/航天連接器的新動向，面對新的形勢，結合國內武器裝備發展計劃，從戰略發展的高度力主重點發展六種軍用連接器：空間用射頻連接器與電纜組件、高速連接器、光纖連接器、納小型連接器、高電壓連接器以及圓形連接器。

關鍵詞：軍用連接器；新形勢；動向；發展重點

軍用連接器的市場概況

從最新的全球電子元件產品結構來看，連接器已成為僅次于PCB的電子元件第二大支柱產業，連接器在整個電子元件工業中的地位進一步提高。軍用連接器是構成完整的武器裝備系統所必需的基礎組件，與商用連接器相比，它是一類特殊、敏感的連接器，具有顯著的特征：制造公差嚴格、結構堅固、可靠性極高、成本高及耐惡劣環境。軍事工業使用的連接器傳統上主要包括圓形、矩形、印制電路板、RF及少量特種連接器。

軍事/航天應用長時間以來一直穩居于汽車、計算機與外設、電信與數據通信及工業應用之后，位列整個連接器市場的第五位。在整個連接器市場上，軍事/航天用連接器所占的比重在7％左右，見圖1。2000～2006年，世界軍用連接器市場以2003年為分水嶺，2000～2003年發展平緩，市場容量一直徘徊在20億美元，但2004年因受伊拉克戰爭和反恐戰爭的刺激，世界軍用連接器市場強勁反彈，銷售額比2003年猛增了17％，達到23.292億美元，此后的2005年、2006年持續保持了顯著增長，市場銷售額分別達到24.499和26.927億美元。BishopAssociates公司最新預測，2007年世界軍用連接器市場銷售額可達到28.288億美元，比2006年增5.1％，發展勢頭依然穩健。這是幾十年來所罕有的，詳見圖2所示，世界各主要地區軍用連接器市場發展情況見表1。

席卷全球的新軍事變革正驅動著世界各主要國家不斷加大對軍事裝備的基礎研發投入或直接購買的力度，這將極大推進世界軍用連接器發展，可以預見，隨著全球新軍事變革的不斷推進深入，軍用連接器的發展將進入一個嶄新階段。

軍事/航天連接器發展面臨的新形勢

·新軍事變革催生新的連接器技術和性能，并成為持續推進高技術連接器發展的量重要引擎。

從二十世紀九十年代初至新世紀初，美國先后發動了四次高科技條件下的局部戰爭，從海灣戰爭誕生的“電子戰”到科索沃戰爭中出現的“信息戰”直至最近伊拉克戰爭所展示的“網絡中心戰”，生動展示了世界新軍事變革的巨大威力。支撐這幾場高科技戰爭的則是大批信息化、智能化的新式高性能武器裝備，這類新型軍事裝備和設施必然對為其配套的包括連接器在內的各類元器件性能提出新的或更高的要求。

據美國著名的市研公司Fleck Research的研究報告，世界大部分連接器制造商均報告軍事/航天領域的應用在增長，偵察機、導彈和智能炸彈是導致連接器持續增長的主要因素。在伊戰中，激光制導炸彈、衛星制導炸彈增加了兩倍，取代了阿富汗戰爭中的武器。一般的戰機均裝載有集束炸彈、自由投放炸彈及激光制導炸彈，這就需要飛行中分離連接器、脫落連接器、塔狀連接器、拉火繩連接器及級間連接器。這些連接器的需求迅速上升到2.06億美元，如果包括所有類型的連接器，如PCB型連接器和I/O連接器在內，世界范圍的需求將達6.16億美元。

·對外層空間爭奪加劇，宇航應用對連接器提出新的要求。

無論是海灣戰爭、科索沃戰爭還是伊拉克戰爭中，運行于太空的軍事偵察衛星、通訊衛星等宇航電子系統對于戰爭的結局起了至關重要的作用。未來戰爭將越來越決勝于“天外”，世界各國都在制定雄心勃勃的太空發展計劃，加大對宇航工業的投入，如美國的“土星”探測計劃、“火星”探測計劃及重返月球計劃；日本、中國、印度等國的探月計劃等。

隨著空間活動深入發展，信息化戰爭較量的重點從地面轉向外層空間，對外層空間爭奪日益顯現，宇航用各類電子系統增長迅速。這些趨勢一方面對包括連接器在內的空間用電子元器件的需求量增加，另一方面也提出了更加苛刻的性能要求，如，小型化、輕量化、抗輻射加崮性能、釋氣效應(真空卜的總的物質損失和真空下的凝結物質損失)。因為在空間輻射環境相對穩定的條件下，連接器體積越小、重量越輕，同時功率越大，抗輻射性能設計就越具挑戰性。美國空軍研究試驗室(AFRL)屬下的空間運載工具協會2002年4月發起了一項航天電子計劃，該計劃的一項重要內容是系統性地認識空間惡劣環境對電子元器件的影響，開發工藝降低性能惡化、提高新材料的抗輻射加固性，從根本上弄清楚電子元器件內輻射導致的故障點的微觀結構，生成機理和電特性。這一任務目的就是要為美國國防部21世紀大量的空間任務做準備。

·新型戰機迅猛發展，航空電子設備對連接器的需求增長。

在現代戰信息化戰爭中，空軍的作用日益重要，而各類軍用飛機是取得對敵制空權的主要手段，因此軍事航空電子裝備也是各個大國優先發展的重點。就軍用連接器而言，軍用飛機是最為集中的應用領域。據世界連接器工業權威的調查公司Bishop andAssociates的最新研究報告，2005年世界軍用飛機連用接器的銷售額達到5.672億(不包括電纜組件和背板)，2006年為5.807億美元，增長了2.4％，預計到2011年將達到8.249億美元，2006～2011年的復合年增率將達7.8％。

·信息化裝備使得數據傳輸量上升，要求高速(電)連接器/光纖連接器。

不論是“電子戰”、“信息戰”還是“網絡中心戰”，它的實現均是基于快速的計算機、網絡和通訊。隨著信息化程度的加深，軍事/宇航設備處理和傳輸的數據量越來越大，迫切需要高速(電)連接器，先前的高速連接器傳輸速率一股在2.5Gb/s以下，而現在已過渡到10Gb/s，并繼續向更高速度竄升。當數據傳輸超過10Gb/s時，由于銅基系統的固有缺陷，高速電連接器的發展受到限制，光纖的優勢開始占上峰，光纖連接器將有大的發展。但在銅基系統潛力沒有走到盡頭之前，二者的發展將并駕齊驅。

軍事/航天連接器發展新態勢

納小型連接器

接觸件中心距為0.025“(0.635mm)的連接器稱為納小型連接器(Nano-miniatureconnector)或納型連接器(Nano connector)，它是近年在國外迅速興起的且值得關注的一種連接器類型。其本質上是一種更小的微小型連接器。圖3直觀地比較了Tyco公司(Nanonics)制造的納小型與微小型連接器(接觸件中心距為0.050”)。

由于尺寸小、重量輕、可靠性高，納小型連接器的軍事應用領域非常廣泛，包括無人駕駛航空器(UAVs)、導彈制導以及通訊衛星、衛星照相電子設備、相控陣雷達系統、探測器及航天飛機的導航系統等。

據美國Airborn公司透露出的可靠消息，該公司制造的納小型連接器系統已經成功用在“勇氣”號和“機遇”號火星探測器上(見圖4)。

在NASA代號為Phoenix的飛行任務中，用于評估火星灰塵的小型原子力顯微鏡(AFM)裝置，采用納小型D形連接器對接FPC電纜，已于2007年發射升空，見圖5。

目前，由于存在巨大的市場需求，納小型連接器的發展蒸蒸日上。

MEMS連接器

在傳統上，連接器制造商依靠金屬切削和擠壓成形工藝來加工插針，隨著設備和元件小型化趨勢的加深，傳統加工方法使插針小型化逐漸受到限制。國際電子制造聯合會(iNEMI)在2005年初發布的最新電子連接器路線圖中，認為接觸中心距低于0.3mm將逼近傳統沖壓技術的極限，這意味著連接器的進一步小型化的物理空間已經十分有限。

采用MEMS(微機電系統)技術，可批量制造微米級間距的連接器，為未來提高連接器密度，解決小型化要求帶來了新的希望。

原Siemens機電元件部(1999年被TYCO收購)曾制造出250tm間距、32針、雙排可插拔連接器，工作頻率DC至幾GHz。

國外(位于倫敦的皇家學院)已經制造出150gm間距MEMS連接器樣品，耐滑動磨擦，耐熱起伏，接觸電阻低(30uQ)。采用標準的MEMS制造工藝(批量微機加和電鍍)在硅基片上制造的。

到目前為止，MEMS連接器僅限于概念階段，因為插針橫向(水平)變形，影響性能的優化。

高電壓連接器

高電壓連接器是指工作在1KV以上的連接器，應用領域集中于航空電子設備、x射線裝置、飛行員用頭盔式顯示器、頭盔式瞄準裝置、地面、機載雷達系統、行波管等。

國外早在1980-1990年代就已經解決高電壓連接器的設計和制造問題，并已經實現系列化生產，可大批量供應，已不是什么新技術。國內，高電壓連接器只是近幾年才起步，但也已取得了重大突破，目前正在實現型譜化(見圖6)，依賴進口的局面正在逐步打破。現在的問題是耐高電壓的材料的制造、高電壓性能測試，以及相關加工環節仍然沒有完全攻克，建立成熟的制造體系，大批量的供貨仍然有很長的路要走。

高速電連接器

高速連接器是1990年代發展起來的用于連接和傳輸高速數字信號的一類新型連接器，受信息技術的強勁推動，目前國外的高速連接器傳輸速率已經或正在由2.5 Gb/s向10Gb/s過渡(如圖7所示)。據2005年2月最新消息，朗訊(Lucent Technologies)技術公司貝爾實驗室(Bell Labs)與世界著名的連接器公司FCI合作，利用貝爾實驗室的信號傳輸架構和FCI的AirMax VS連接器系統成功地演示了通過電背板傳輸的高達25 Gb/s的數據速率，這表明高速連接器的傳輸性能又取得了重大突破。

光纖連接器

研究表明當數據傳輸超過10Gb/s時，銅基系統在技術層面將日益受到制約。美國軍方在新興軍事裝備平臺或升級項目中已經在逐步由銅基系統向光纖系統轉換。與銅基系統和同軸傳輸系統相比，光纖傳輸的最大優勢是：更高的寬帶、更快的傳輸速度、更輕的重量、抗EMI/RFI且材料廉價。

美國軍方現在正進行三項銅系統向光纖系統的轉換計劃，并將這些計劃實施作為關鍵的試驗基點。第一，在新型F-22噴氣式戰機和聯合攻擊機(JSF)上采用光纖系統，并且對機載警報控制系統(AWACS)的戰機和F/A18殲擊轟炸機進行光纖升級。第二是“Hairy Buffalo”計劃，隨著該計劃的實施，從NP-3老式飛機上卸除了2000多磅的銅纜，極大地提高了有效載荷。第三是美國海軍實施的下一代驅逐艦“DDX”計劃，該計劃將為光纖作為未來十年的主要應用解決方案打下基礎。

美國海軍羅納德·里根號(Ronald Reagan)航母(見圖8)甲板下運行著達200英里長的光纖線路，驅動著一個光纖快速以太網絡，2005年將升級到吉比特以太網(GbE)。然而在軍用裝備系統大規模向光纖轉換的過程中，光互連成為一個薄弱環節，解決在惡劣的軍事/航天環境下的光纖互連問題成為軍事承包商和軍方關注的焦點。隨著對更寬的帶寬、更輕的重量和抗EMI/RFI的需要，光纖已成為美國軍事/航天設計選擇的技術，光纖連接器將成為現在及未來武器化裝備的又一個關鍵組件，

傳統的MIL-T-29504光纖互連端子(見圖9)陳舊而昂貴，用于軍用及航天系統已有15年之久，遠遠不能滿足當前主流軍事平臺向光纖過渡的需要。為此美國各大連接器制造商，如ITT Cannon(佳能)，Tyco(泰克)，Lucent(朗訊)，Agilent(安捷倫)等紛紛推出替代MIL-T-29504的解決方案。

ITT Cannon推出的新型PHD系列光纖互連產品(見圖10)具有成本低、性能高的特點，達到了商用與軍用的統一，受到軍方的青睞。

美國海軍已在加緊制定下一代光纖連接器標準(代號“NGCon”它是NextGeneration Connector的縮寫)。通用規范的第一個草案已于2004年10月3日完成。

ITT Cannon推出的新型PHD系列光纖互連產品具有成本低性能高的特點達到了商用與軍用的統一，受到軍方的青睞。

圓形連接器

國外發達國家的軍用圓形連接器制造技術成熟、工程化程度高，科技含量(或屬性)越來越高，主要表現在四個方面：采用輕量而緊固耐用的復合材料及表面處理技術；超小型化；宇航級實現工程化；派生的品種豐富(遠遠多于國內的型譜)，如適應高速度網絡的四同軸和光纖產品，供以太網絡用的USB和RJ45產品、脫落－拉脫－推拉－拉線機柜式產品、氣密與灌封產品、濾波產品、穿艙產品等。

未來國內亟待重點發展的軍事/航天連接器

世界軍事/航天連接器面臨的新形勢和新的發展態勢應引起制造商、軍方、用戶的思考與關注。面對軍用連接器發展面臨的新形勢，結合目前國內武備和宇航發展計劃，未來應重點發展以下軍事/航天連接器：

空間用射頻連接器與電纜組件

空間用射頻連接器與電纜組件是技術含量很高的一類連接器。這類連接器主要是滿足從地面發射至空間環境條件下使用的高性能、高可靠連接器和組件，應用范圍是各類星載雷達天線與發射/接收系統和各類宇航級裝備的射頻傳輸連接，由于空間惡劣復雜的應用環境決定了其技術難度相當大，故它是保障整機性能的關鍵性元器件之一。

隨著國家加大對航天工業的投入，一系列航天工程的實施，航天活動將深入發展，在軍用衛星、“神舟”系列飛船、探月等重大工程中對這類關鍵連接器的需求迫切，而目前的情況是國內新一代為星載電子裝備配套的關鍵元件或組件還依賴進口，加之“神舟五號”飛船的發射成功，國外對中國的關鍵元器件的出口限制又進一步加劇，加快自主研發空間用射頻連接器與電纜組件并形成自主供應體系迫在眉睫。

納小型連接器

目前發達國家歷經多年努力，已經建起了成熟的納小型連接器工業體系。而國內納小型連接器的研究與發展則基本處于萌芽狀態，面對這一新崛起的高技術連接器，無論是從戰略角度還是從中國航天工業長遠發展和拓展外層空間研究的角度，國內的軍用連接制造商和軍方應給予高度關切，建立和發展中國自己的納小型連接器工業體系，在技術上彌補與發達國家的差距正當時。另外，發展納小型連接器對于帶動相關材料、加工、工藝技術與裝備的發展更具有重要牽引作用。可喜的是，據內部相關報道，在科技部和發改委的強力支持下，國內有公司已經成功仿制出了納小型連接器，這為我國軍用連接器進入納小型時代，并實現工程化邁出了重大的一步。

高電壓連接器

國內的高電壓連接器雖然取得了長足進步，但是在耐高電壓材料的制造、高電壓性能測試，以及相關加工環節仍然沒有完全攻克，許多技術難題仍未解決。建立成熟的制造體系和大批量供貨仍有很長的路要走。

隨著國內軍用飛機制造業的崛起，航空設備對于高電壓連接器的需求將有增無減。“十一五”期間應進一步加大投入，解決關鍵技術瓶頸，實現批量、穩定供貨能力，提高可靠性，完善配套能力。

高速連接器

有外國專家分析認為“中國缺乏的就是能確保打贏現代化戰爭的電子通訊尖端裝備”。隨著信息化軍事裝備的進步，電子通訊數據傳輸速率也在大幅攀升，國內關鍵任務用高速連接器嚴重依賴進口，解決自給問題尚需假以時日。從推進中國特色新軍事變革的遠景來說，高速電連接器是信息化武器裝備不可或缺的基礎元件，高速電連接器應成為國內軍用連接器制造商亟待突破的一個方向。

光纖連接器

在伊拉克戰爭中，光纖傳輸初顯威力，整個戰爭的進程比起上次海灣戰爭整個戰爭速度快了7倍，很大一個原因在于高速光纖網絡的啟用大大加快了數據傳輸速度，擴展了傳輸能力。

隨著光纖時代的到來，光纖連接器將迎來較大的發展，為迎接更高速率的持續挑戰，滿足信息化裝備的需要，加快光纖連接器的研究開發力度應被提上議事日程。

圓形連接器

圓形連接器是軍事/航天電子裝備使用量最大的一種連接器，2006年世界的銷售額是9.532億美元，預計至2011年為12.283億美元，復合年增為5.2％，其中歐、美、口占到圓形連接器總使用量的79.2％。從一個側面反映出發達國家軍事裝備對于圓形連接器的強大需求量，值得關注的是美國政府將高科技圓形連接器等接插件和高科技芯片一樣列為敏感性極強的和限制出口的產品，充分表明它在軍事上重要的作用。國內軍用圓形連接器廠商眾多，大多從外國公司引進、仿制。圓形連接器最高等級38999IV系列耐環境小圓形電連接器K級產品已實現型譜化，宇航級38999I、III系列連接器產品型譜項目取得了重大突破，達到國際同類產品的先進技術水平，但是在關鍵技術方面仍然存在相當的差距，如復合新材料、表面處理、工藝過程等，批量生產能力不足，這實質上是基礎技術薄弱、工程化成熟度低的一種反映，國內制造商仍然需要在基礎技術、材料、工藝上勵精圖治，才可能與國際先進水平比肩。