Проникая сквозь лед:
высоконадежные соединители Harwin серии Datamate выбраны для использования в престижном проекте нейтринного телескопа AMANDA II

Введение

С развитием науки и технологий появляются все новые способы изучения космического пространства и процессов, происходящих в нем. Оказалось, что исследованием космоса можно заниматься не только непосредственно в самом космическом пространстве или наблюдая за ним с поверхности Земли. На самой нашей планете можно обнаруживать следы космической деятельности, исследуя которые можно судить о процессах, происходивших за миллиарды световых лет от Земли.

Об одном из таких способов, а именно о создании нейтринного телескопа AMANDA II в Антарктике, а также об одной из технических задач, с которой пришлось столкнуться при реализации данного проекта, и пойдет речь в статье.

Картография небесного пространства

Глубоко проникая в антарктический лед, телескоп AMANDA II (антарктическая детекторная матрица мюонов и нейтрино) предназначен для мониторинга по направлению не вверх, а вниз, сквозь земную поверхность, для картографирования небесного пространства в Северном полушарии, детектируя активность высоких энергий космических нейтрино (рис. 1). При выборе системы электрических соединений, которые будут использоваться в этом престижном проекте, разработчикам из научной лаборатории Физического университета штата Висконсин понадобились очень надежные миниатюрные соединители, которые также способны обеспечивать высокие скорости передачи данных (рис. 2).

Рис. 1. Антарктический лагерь проекта AMANDA II

Рис. 2. Процесс бурения скважины для IceCube

Разработанный ими телескоп IceCube, принадлежащий к следующему поколению нейтринных телескопов, состоит из 677 стеклянных оптических модулей, каждый размером с шар для боулинга (рис. 3). Между собой они связаны в систему 19 кабельными жгутами и проникают глубоко сквозь лед с помощью сверл горячей воды высокого давления (рис. 4). Система преобразует толщу льда цилиндрической формы глубиной 500 и диаметром 120 м в детектор частиц. Стеклянные модули работают как лампочки, только в обратном направлении. Они обнаруживают и захватывают слабые и кратковременные лучи света, возникающие в том случае, когда нейтрино сталкиваются с атомами льда внутри или вблизи детектора (рис. 5).

Рис. 3. Телескоп IceCube

Рис. 4. Система телескопов IceCube, связанных кабельной сетью

Рис. 5. Телескоп IceCube в скважине

Субатомные обломки создают мюоны, еще один вид субатомных частиц, которые оставляют мимолетные лучи синего света в толще антарктического льда. Полоса света соответствует пути нейтрино и указывает на его исходную точку. Регулярное обнаружение нейтрино дает астрономам возможность изучать такие необычные явления, как столкновения черных дыр, не только с помощью обычных телескопов. Описанным способом возможно получать прямой доступ к информации, дошедшей до нас в неизменном виде, о событиях, которые произошли миллионы лет назад на расстоянии сотен миллионов или миллиардов световых лет от Земли.

Требования по высокой надежности

Для завершения проекта Университету штата Висконсин была необходима система коммутации для выполнения силовых и коммуникационных сигналов к материнской печатной плате внутри каждого цифрового оптического модуля (ЦОМ). Команда разработчиков рассмотрела целый ряд соединителей для этого проекта, но ни один из них не соответствовал требованиям высокой надежности и высокой скорости передачи данных.

Хотя надежность и находилась на первом месте среди необходимых требований, не менее важным было подобрать разъемы наименьших размеров, поскольку существовали значительные пространственные ограничения. Кроме того, разъем должен был иметь обжимные контакты и систему фиксации ответных частей.

Решение задачи с помощью соединителей Harwin серии Datamate

После оценки нескольких вариантов соединителей были выбраны соединители серии Datamate от Harwin (рис. 6) — британского производителя высоконадежных и высокопроизводительных соединителей, которые удовлетворяют всем описанным требованиям.

Рис. 6. Кабельные сборки Harwin серии Datamate

Розетки Harwin серии Datamate с обжимными контактами и вилки с контактами для пайки на печатную плату были использованы в качестве коммутирующих устройств в проекте IceCube (рис. 7).

Рис. 7. Соединители Harwin серии Datamate

Обе ответные части были изготовлены с толщиной золотого покрытия контактов 1,27 мкм вместо стандартной толщины 0,75 мкм, чтобы обеспечить высокоскоростную передачу данных в соответствии с требованиями разработчиков. Эти соединители расположены в датчиках, имеющих размер и форму шара для боулинга.

Полностью все характеристики соединителей Harwin серии Datamate разбиты по типам и сведены в таблицы 1–4.

Вывод

Исследования источников космических нейтрино будут получать новые возможности по мере того, как телескоп AMANDA II будет увеличиваться в размерах с добавлением новых детекторов. По планам телескоп должен вырасти по объему до 1 км³ льда, и IceCube, как ожидается, обеспечит обнаружение космических источников нейтрино с высокой эффективностью.

Harwin в конечном итоге ожидает, что более 4500 пар соединителей серии Datamate будут использованы в антарктических льдах. Для представительства Harwin в США, которое приняло участие в разработке данного проекта, это чрезвычайно престижный заказ, подчеркивающий пригодность серии Datamate в качестве высоконадежных, высокопроизводительных миниатюрных соединителей.