Nel corso dell’ultimo decennio, le dimensioni e il peso di quasi tutti i tipi di apparecchiature elettroniche commerciali si sono ridotti costantemente. Molti articoli, una volta inamovibili, ora sono portatili o addirittura indossabili. Questo ha portato di conseguenza, allo sviluppo di soluzioni di interconnessione innovative e l’introduzione di connettori con fattori di forma miniaturizzati.
Anche il settore militare, nonostante abbia requisiti ambientali severi, cicli di sviluppo estesi e durata dei prodotti misurata in decenni, non è restato immune a questa tendenza. Questo articolo illustra alcuni dei fattori che spingono i sistemi di connessione militare verso connettori più piccoli e leggeri, mantenendo o migliorando al tempo stesso, le prestazioni e soddisfacendo gli imperativi delle nuove missioni.
I carichi pesanti sui soldati portano a connettori più piccoli e leggeri
I soldati di fanteria sono sempre stati gravati da carichi pesanti; si stima che, durante le marce prolungate, anche il legionario romano trasportasse 36 kg. Anche se da allora le parti costituenti sono cambiate drasticamente, durante le ricognizioni estese a piedi, i soldati del presente trasportano ancora carichi compresi tra 40 e 57 kg. Secondo il Ministero della difesa degli Stati Uniti, questo carico ha comportato un incremento delle lesioni muscoloscheletriche. Qualsiasi riduzione del peso dell’equipaggiamento, riduce la fatica e accorcia i tempi di risposta. In una situazione di combattimento, queste riduzioni possono significare la differenza tra la vita e la morte, per cui la priorità è ridurre il peso, senza compromettere la missione.
I connettori micro-miniaturizzati e nano-miniaturizzati costituiscono una parte della soluzione. Il volume di questi connettori miniaturizzati è 10 volte più piccolo, con un peso inferiore del 90%, rispetto ai connettori militari tradizionali. Tra i connettori nano-miniaturizzati, ve ne sono diversi disponibili che funzionano con intervalli di temperature compresi tra -200° C e 200 ° C.
Network Centric Warfare e il programma Nett Warrior
La dottrina militare moderna della guerra centrata sulla rete (Network Centric Warfare, NCW), cerca di tradurre un vantaggio informatico, consentito in parte dalle tecnologia informatica, in un vantaggio in combattimento, attraverso la condivisione di dati su larga scala e la rete di computer avanzata delle unità di combattimento di tutte le dimensioni. La NCW richiede connettori che possano offrire prestazioni per un’ampiezza di banda elevata in un design robusto e duraturo, che possano resistere in ambienti rigorosi, in cui shock e vibrazioni violenti sono la norma.
A livello del singolo soldato, è disponibile il programma Nett-Warrior (e il precedente programma Land-Warrior), che integra più tecnologie e moduli provenienti da produttori diversi. L’obiettivo è quello di fornire soluzioni modulari per l’equipaggiamento che possano variare a seconda della missione. Per ridurre il peso, tutti i componenti dell’equipaggiamento devono comunque sempre utilizzare una fonte di energia comune (batteria) e questo porta a ripensare le strategie di connessione tra diversi fornitori.
Figura 2: Un’ampia selezione di nuovi tipi di connettori sono necessari per il soldato in rete odierno. (Fonte: SoldierMod)
La spinta verso COTS
Nel tentativo di trarre vantaggio dal migliore equipaggiamento disponibile commercialmente, l’esercito guarda sempre più verso la tecnologia disponibile commercialmente sul mercato (COTS, commercial-off-the-shelf). In molti casi, ad esempio nelle comunicazioni, il progresso degli sviluppi nel settore commerciale è di gran lunga superiore a quello nel settore militare, dal quale derivano un numero superiore di capacità a un prezzo estremamente più competitivo.
Ad esempio, dopo che i costi per soldato si impennarono a 85.000 dollari alla fine degli anni 90, la cancellazione del sistema Land Warrior è stata evitata solo sostituendo equipaggiamenti con specifiche militari, con tecnologie disponibili commercialmente, comprese parti acquistate direttamente da Fry’s Electronics.
Anche il programma Nett Warrior attuale utilizza dispositivi COTS; il dispositivo per l’utente finale è un cellulare Samsung Galaxy Note II. I dispositivi sono acquistati a prezzi commerciali e il software è modificato per scopi militari; per la connettività di rete, i cellulari comunicano tramite USB con una radio montata sull’anca. L’utilizzo di questi dispositivi commerciali standard porta alla necessità di utilizzare connettori per applicazioni militari con interfacce commerciali standard quali USB o Ethernet.
Figura 2: Connettore Ethernet di tipo militare. (Fonte: Amphenol Socapex)
I nuovi APR sono più piccoli e leggeri e richiedono requisiti speciali
L’equipaggiamento trasportato dai soldati non è il solo con nuovi vincoli sulle dimensioni e sul peso; un altro esempio sono gli APR (aeromobili a pilotaggio remoto). Dimenticatevi del Reaper con la sua ampiezza alare di 20 metri e un carico utile di 1.723 kg. L’interesse è oggi volto verso i droni più piccoli che possono essere trasportati e lanciati da un singolo soldato. Ad esempio, il micro AV (MAV) Black Hornet Nano, misura circa 10 cm x 2,5 cm e pesa poco più di 14 grammi, batterie comprese.
Per i progettisti di connettori, i MAV creano una serie di problemi su due fronti. Il primo è che i connettori devono essere più piccoli e leggeri possibili, dato che il tempo di volo per batteria è proporzionale al peso complessivo. Inoltre, dato che gli atterraggi dei MAV tendono a essere bruschi, i connettori devono anche soddisfare requisiti rigorosi per quanto riguarda colpi e vibrazioni. Il secondo aspetto è che per poter compiere la loro missione, anche i MAV devono contenere un insieme completo di elettronica sofisticata. Il Black Hornet Nano è equipaggiato con una video camera full-motion, GPS e un collegamento dati digitale e questi connettori devono anche essere protetti dalle minacce derivanti da interferenze elettromagnetiche (EMI) e probabilmente anche da impulsi elettromagnetici (EMP). Negli APR di dimensioni normali, i connettori e gli assemblaggi cavi possono essere protetti richiudendoli in un condotto conduttivo, ma un MAV non può sostenere il peso aggiunto. L’alternativa, schermature di metallo intrecciato, forza i progettisti di connettori a offrire diverse configurazioni di custodie in modo da fornire una messa a terra adeguata per la protezione da EMI/EMP.
Standard militari applicabili
Come prevedibile, l’esercito statunitense ha sviluppato un insieme di standard che descrivono questa nuova generazione di connettori.
MIL-DTL-38999
Connettori circolari miniaturizzati, ad alta densità che utilizzano contatti rimovibili a crimpatura o fissi a saldatura, con capacità di funzionamento in un intervallo di temperature compreso tra -65° C e 200° C.MIL-DTL-83513
Connettori elettrici micro-miniaturizzati rettangolari, spesso denominati a fattore di forma Micro-D, adatti per diversi sistemi, ad esempio, missili e relativi sistemi di guida, ingegneria aerospaziale, radar, sistemi per armamenti lanciati da spalla, sistemi informatici avanzati per i soldati e GPS militari.MIL-DTL-32139
Connettori nano-miniaturizzati terminati su circuiti stampati o collegati ad assemblaggi cavi. I contatti dei connettori sono densamente popolati, con un spazio tra il centro dei contatti sulla stessa riga di 0,64 mm; pensati per le interconnessioni su PWB (Printed Wiring Board), da PWB a cavo, da cavo a pannello o da cavo a cavo, su equipaggiamenti miniaturizzati con bassi requisiti di potenza.
La tendenza costante verso la riduzione delle dimensioni, una maggiore velocità ed efficienza dei sistemi non è una novità, e il settore militare non è diverso. La necessità per sistemi più piccoli e leggeri, spinge i progettisti di connettori a sviluppare sistemi che siano più piccoli e leggeri, capaci di prestazioni superiori, ma sempre robusti come i connettori esistenti di tipo militare.