اشعه کیهانی چیست؟

تابش کیهانی یک شار مداوم از ذرات انرژی بالا است که از فضای ضخیم زمین سرچشمه می گیرد (۳) این ذرات شامل پروتون ها، الکترون ها، ذرات آلفا و هسته های سنگین تر اتمی است که با سرعت نسبی حرکت می کنند – اغلب بیش از ۹۰٪ سرعت نور مغناطیسی زمین را در چند ذره ی تابشی کیهانی تشکیل می دهند: galactic پرتوهای کیهانی (G Allenosphere) [F1] [F1] و ابرنواخترهای فعال (F1.

ترکیب اشعه کیهانی با فعالیت خورشیدی، ارتفاع مداری و عرض جغرافیایی متفاوت است.در طول حداکثر خورشیدی، میدان مغناطیسی خورشید قوی تر است، تا حدی GCRs را تخریب می کند، اما افزایش شار SEPs، برای فضاپیما که در مدار کم زمین (LEO)، منطقه جنوب اقیانوس اطلس Anomaly (SAA) فعالیت می کند، الکترونیک را برای افزایش پروتون های شار به دام افتاده، در حالی که ماموریت های الکترونیکی غیر قابل پیش بینی می تواند با درک محیط زیست چند ساله (LEO)، و غیر قابل پیش بینی باشد.

اثرات بر روی Aerospace Electronics

تابش کیهانی با مواد نیمه هادی عمدتا از طریق یونیزاسیون و جابجایی اتمی ارتباط برقرار می کند. [۱] اثرات حاصل به طور گسترده ای به اثرات تک-event (SEEs) تقسیم می شوند و اثرات محیطی] . هر گروه می تواند عملکرد، داده های فاسد، یا خرابی سیستم را کاهش دهد.

مجموعه های تک نفره (SEU)

یک SEU زمانی اتفاق می افتد که یک ذره تک انرژی یک گره حساس را در یک مدار یکپارچه وارد کند، باعث تغییر موقت در حالت منطقی می شود – به طور معمول به عنوان یک "جلیقه بیت" نامیده می شود (SRAM ها، DRAM ها، کدهای مسیریابی و اتصال سه گانه)، این می تواند داده های ذخیره شده را خراب کند، منجر به خطا در تله، ناوبری، محاسبات یا اندازه گیری های علمی، به عنوان مثال، در طول خرابی ماهواره ای کامل (F1)

تک آهنگ های تک نفره (SEL)

یک اثر شدیدتر است که در آن یک ذره با انرژی بالا یک ساختار بازیافته سیلیکون کنترل شده (SCR) را در یک دستگاه CMOS ایجاد می کند، این یک مسیر پایین از مقیاس پذیری بین قدرت و زمین ایجاد می کند، و منجر به جریان فعلی کنترل نشده می شود، اگر به سرعت قطع نشود، SELEL می تواند باعث آسیب دائمی از مدارهای حرارتی شود (FSOFTI) از جمله ماهواره های فعلی استفاده می کنند.

مجموع یونیزه کردن Dose (TID)

در طول عمر یک ماموریت، قرار گرفتن در معرض تجمعی در برابر اشعه یونیزه به تدریج اجزای الکترونیکی را کاهش می دهد.کل دوز یونیزاسیون (TID) در رای (Si) یا خاکستری ها اندازه گیری می شود:

  • تغییر ولتاژ Threshold در ترانزیستورهای تخلیه، تغییر سرعت تغییر.
  • افزایش جریان های نشتی در منطق دیجیتال
  • کاهش ولتاژ شکست در دستگاه های برق

تلسکوپ فضایی نیاز به خدمات دوره ای تا حدودی برای جایگزینی الکترونیک که توسط TID از کمربندهای ون آلن تخریب شده است، برای ماموریت های طولانی مدت به مریخ یا مشتری، قطعات TID-harded با رتبه بندی 100 krad (Si) یا بالاتر اجباری هستند.

آسیب های جابجایی (DD)

آسیب مکان یابی هنگامی رخ می دهد که یک ذره با انرژی بالا با اتم در شبکه نیمه هادی برخورد می کند، و آن را از موقعیت خارج می کند، این نقص های کریستالی را معرفی می کند که به عنوان مراکز اتصال مجدد عمل می کنند، کاهش آسیب جابجایی عمر اپراتور به ویژه برای پیش بینی الکترونیک مانند CCD، Photodio و سلول های خورشیدی [Fini] با استفاده از یک سلول های تابش 10٪ به دلیل آسیب رساندن تابش خورشید در ماموریت تابش خورشید.

استراتژی های پذیرش

کاهش موثر نیاز به یک رویکرد چند لایه ای دارد که شامل انتخاب جزء، طراحی مدار، بسته بندی و نرم افزار عملیاتی است.هیچ روش واحد حفاظت کامل را فراهم نمی کند، بنابراین مهندسان تکنیک های را بر اساس تحمل ریسک ماموریت و محدودیت منابع ترکیب می کنند.

اجزای سخت تابشی

] ] [سخت ] الکترونیکی (rad-hard) به طور خاص برای مقاومت در برابر سطح تابش بالا طراحی شده است.

  • [[۱] [۱۰] [[۱۰]] [[۱۰]]] [[۱]]] [[۱]]] [[۱۰]]] [[۱۰]]]] [Silicon-on-Sapphire [SOS] - کاهش حجم مواد حساس.
  • نیمه هادی های گروه بندی (FLT:1) (SiC، GaN) کمتر مستعد اثرات یونیزاسیون هستند.
  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱]] [۱۰]] [۱]] [۱]] [۱۰] [۱]] [۱]] [۱] [۱۰] [۱]] [۱۰] [۱] [۱]] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۹] [۹] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [
  • (فَلَّهُمَهُمَهُمَهُوا بِنَهُمَهُمَهُمَهُمَهُمَهُمَهُوا مِنَّا مِنَّا مِنْمِنَهُمَا مِنَهُمَهُوا مِنْهُمْهُمَا مِنَا مِنْهُمِنْهُمْهُمْهُوا مِنَهُوا مِنْهُمَهُمَهُمِنْهُمْهُوا مِنْهُمْهُوَهُمَهُوا مِنْهُمَهُوا مِنْهُمَهُمَهُمَا مِنْهُوَا مِنَهُمَهُوَا مِنَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُو

اجزای تجاری خارج از آن-شلف (COTS) گاهی برای ماموریت های ارزان قیمت استفاده می شوند، اما آنها نیاز به غربالگری دقیق و تجزیه دارند. SpaceX Starlink کوکک از برخی از قطعات COTS با سخت شدن انتخابی استفاده می کند، اما فلسفه کم هزینه آنها نیاز به جایگزینی مکرر دارد.

دانلود بازی Shielding

شیلر ذرات شار را با جذب یا پراکنده کردن ذرات از طریق مواد معمول هوافضا کاهش می دهد:

  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱]] - نور و قوی، محافظت متوسط در برابر پروتون ها و الکترون ها فراهم می کند.
  • از پلی اتیلن - غنی از هیدروژن، در کند کردن نوترون های سریع و کاهش تابش ثانویه موثر است.
  • [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [[۱۰]]] [[۱۰]]] [[۱۰]]] [۱۰]] [۳]] [۱] [۱۰] [۱]]] [۱۰]] [۱۰] [۳]] [۳]] [۳]] [براى [براى [براى] سپرهای [براى] در مورد استفاده از [مؤمنانى [مؤمنانى] حساس [آیه های [براى [براى] [براى [براى [براى] [براى [براى] [براى [براى [براى] [براى] [براى] [براى [براى [براى [براى [براى [براى] [براى] [براى [براى [براى [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى]
  • سپرهایComposite (به عنوان مثال، فیبر کربن با لایه های پررون-بار) - ترکیب قدرت ساختاری با جذب نوترون.

محافظت فعال از میدان مغناطیسی یا الکترواستاتیکی همچنان تجربی است (به عنوان مثال، اسپکتوسکوپی ( پیشنهاد شده توسط ناسا)، اما محدودیت های توده ای و قدرت مانع استقرار در ماهواره های فعلی می شود. سپر Passive استاندارد de facto است، اگرچه طراحان باید مجازات توده ای خود را در برابر ظرفیت بارگیری وزن کنند.

تشخیص و اصلاح خطا (EDAC)

سیستم های دیجیتال می توانند در سطوح مختلف از محافظت خطا استفاده کنند:

  • [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] [۳] [۱]] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳]] [۳]] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳]] [خطایضو [خطای] خطای تک بیتی را تصحیح کنید و خطاهای دو بیتی را تشخیص دهید.
  • قرمزی سه گانه (TMR) - منطق تکراری سه بار و رای دادن به خروجی.
  • (در این صورت، در صورتی که در آن ها به طور کامل به صورت زیر مشاهده نشود، به صورت زیر به صورت زیر به صورت زیر تنظیم می شود.
  • [[۱] [۱۰] [۱۰] اسکراب سخت افزاری [۱۰] [۱۰] [۱۰] - به طور دوره ای خوانده و صحیح سلول های حافظه.

این تکنیک ها تاخیر و قدرت را به صورت زیر اضافه می کنند، اما برای سیستم های حساس ایمنی مانند هدایت فضاپیما ضروری است. شاتل فضایی از یک سیستم کنترل پرواز چهار برابر با مدارهای رای استفاده می کند.

طراحی و تکنیک های چیدمان

در این مرحله، مهندسان از |S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|B|S|FLT|S|S|B|B|S|B|B|S|LT|S|S|B|S|S|S|S|S|S|B|S|B|2|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|B|B|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|3|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|S|3|S|S|S|S|S|S|S|S|3|S

تحقیقات و توسعه های آینده

تحقیقات مداوم با نیاز به ماموریت های طولانی مدت (به عنوان مثال، اکتشاف مریخ انسانی)، ماهواره های کوچک (CubeSats با سپر محدود)، و الکترونیک با کارایی بالاتر (به عنوان مثال، FPGA برای AI در داخل برد) هدایت می شود.

مواد پیشرفته برای Shielding

Nanocomposites شامل نانولوله های نانو نیتید یا گرافن اکسید وعده جذب انرژی بهتر در هر توده واحد. خود-هید مواد شفا بخش که می تواند اصلاح نقص های ناشی از اشعه برای ماموریت های گسترده مورد مطالعه قرار گیرد.

سخت شدن تابش توسط Software

نرم افزار On-board می تواند انعطاف پذیری سیستم را افزایش دهد، به عنوان مثال، مکانیسم های اتوماتیک مجدد، مناطق محرومیت برای عملیات بحرانی در طول گذرگاه SAA، و مقیاس پذیری تطبیقی برای جبران تغییرات TID، ناسا (FLT:0cFE (کد پرواز هسته ای)[FLT 1 شامل یک تشخیص خطا و چارچوب بازیابی است که می تواند برای محیط های تابش طراحی شده باشد.

یادگیری ماشینی برای Anomalyly detection

ماهواره های آینده ممکن است از مدل های یادگیری ماشینی که در تله سنج آموزش دیده اند برای پیش بینی بدختگی های قریب الوقوع یا تخریب عملکرد استفاده کنند. نمونه اولیه توسعه یافته در فرآیندهای استنفورد داده های آشکارساز ذرات زنده را برای تنظیم قرمز زیر سیستم در زمان واقعی تنظیم می کند.

تست و مدل سازی In-Situ

مدل سازی دقیق محیط تابش حیاتی است. ابزارها مانند [FLTVIS و ابزار مانند [NASA] شبیه سازی ذرات شار برای مدارهای مختلف.

ماموریت های آینده رانندگی نوآوری

ناسا europa Clipper به مدار ماه مشتری از طریق کمربندهای تابش شدید، نیاز به الکترونیک تحمل پذیر به >100 krad (Si) تلسکوپ فضایی Sun، [FLT3] در L2 که در آن GCR شارس بالاتر از LEO عمل می کند؛ کامپیوتر اصلی آن از پردازنده های گسترده ای با استفاده می کند.

نتیجه گیری

تابش کیهانی یکی از تهدیدات برجسته برای الکترونیک هوافضا است، به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان ماموریت، ایمنی و طول عمر اثر می گذارد از یک رویداد ناراحت به آسیب جابجایی تجمعی، مکانیسم ها به خوبی درک شده اند، اما کاهش آنها نیاز به ترکیب متعادل از اجزای تخصصی، طراحی هوشمند و حفاظت عملیاتی دارد.همانطور که بشریت به سیستم خورشیدی عمیق تر و استقرار دانشمندان با این حال قادر به بررسی دقیق تر از محاسبات کامپیوتری است، تنها در زمینه های مهندسی مواد کلیدی، به طور مداوم تقویت می شود.