קרינה מהווה את אחד האתגרים המשמעותיים ביותר לאמינות וביצועים של רכיבים אלקטרוניים המכונים במערכות חלל ומרחב.בניגוד לסביבות ארציות, שם האווירה והשדה המגנטי מספקים הגנה משמעותית, חלליות ומטוסים בעלי יכולת גבוהה נחשפים באופן רציף חלקיקים אנרגטיים שיכולים לפגוע או להפריע למכשירים של מוליכים למחצה.הבנת מנגנוני הנזק לקרינה, הערכת ההשפעה המדויקת שלה באמצעות בדיקות ומימוש אסטרטגיות יעילות הן על מנת לדגימות של חומרים אלקטרוניים קריטיים, אשר משפיעים על שיטות ניתוחי קרינה ואפקטים של קרינה ואפקטים של שיטות ניתוח אינטנסיביים של חומרים קריטיים של קרינה, ואפקטים של שיטות ניתוחי משקל ואפקטים של קרינה, אשר משפיעות של שיטות ניתוחי קרינה ואפקטים של קרינה, ואפקטים של שיטות ניתוח אינטנסיביים של שיטות ניתוח אינטנסיביים של קרינה, ואפקטיביים של קרינה, ואפקטים של שיטות ניתוח אינטנסיביים של קרינה, ואפקטיביים של שיטות ניתוחיחות של קרינה, ואפקטיביים של שיטות ניתוח אינטנסיביים של קרינה, ואפקטיביים של קרינה, ואפקטיביים של קרינה, ואפקטיביים של שיטות ניתוח אינטנסיביים של קרינה, על פני זמן רב-ידי קרינה, אשר משפיעים על פני השטח.

סביבת הקרינה בחלל

סביבת הקרינה החלל מורכבת ומשתנה, המורכבת מחלקיקים ממקורות מרובים עם אנרגיות שונות, פלוקסים, ורכבות. רכיבים חשמליים חשמליים אוויריים יש לתכנן לעמוד בהשפעות המצטברות של הסביבה הזו לאורך כל החיים של המשימה.שלושת המקורות העיקריים של קרינה הם קרניים קוסמיות גלקטיות (GCRs), אירועי חלקיקים סולאריים (SPEs), וחגורת קרינה לכודה.כל אחד מהם מציג סכנות נפרדות ודורש הערכה ופחתת .

Rays קוסמים גלקטיים (GCR)

קרני קוסמיות גלקטיות הן חלקיקים אנרגטיים מאוד, בעיקר פרוטונים וגרעין אטומי מוקרן לחלוטין (מאשר עד ברזל), שמקורם שרידי סופרנובה ומקורות אסטרופיזיקה אחרים מחוץ למערכת השמש שלנו. GCR יש אנרגיות החל מעשרות מ- MeV ועד מעבר 10FLT:019FLT:1), עם פלוקס כי משתנה באופן יחסי עם מחזור סולארי, אפילו אלקטרוניקה אחת (GSt) הן יכולות ליצור השפעות חד-סגולות (אפילו) הן יכולות ל-מחץ יחיד (אפילו אלקטרוניקה) הן רק דרך אלקטרוניקה אחת) הן חד-סגולות).

אירועים חלקיקים סולאריים (SPEs)

אירועי חלקיקים סולאריים הם התפרצויות ספירודיות של פרוטונים וצלים כבדים יותר מואצים על ידי התלקחות סולאריות או זריקות המוניות כליליות (CMEs) ספקטרום האנרגיה בדרך כלל עולה בין 10 ל -100 MeV, אבל השטף יכול להיות גבוה מאוד במהלך אירועים גדולים, מה שגורם מינון כולל משמעותי של ionizing (TID) מצטבר גם נזק, במיוחד תאים סולריים ואופטימיים לרכיביימים ביותר עבור רכיבי מערכת ראייתית או מערכת ראייתיתים.

קרינת קרינה טרמפ

מלכודות השדה המגנטיות של כדור הארץ טעונים חלקיקים (בעיקר אלקטרונים ופרוטונים) בשני אזורים בצורת דוגוז הידועים כחגורת ואן אלן.החגורה הפנימית, המשתרעת מגובה של כ-1,000 עד 6,000 ק"מ, מכילה פרוטונים עתירי אנרגיה גבוהים שגורמים ל-TID משמעותי ונזקי עקירה.ה החיצונית, מ-13,000 עד 40,000 ק"מ, מכילה אנרגיה נמוכה אך גבוהה, אך אלקטרו-אפ, אשר יכול לייצר פריקה פנימית עמוקה, אשר לעתים קרובות, אשר יכולה לגרורת אלקטרון עמוק, אשר נוטה לגרורה (אוסטרואט), אשר נוטה לגרורה, אשר נוטה לגרורה, אשר נוטה לגרורה, אשר נוטה לגרורה, מתחת לאלקטרומגנטיתיתיתיתיתיתיתיתיתיתיתית (אוסטרואנט, מתחת למים, מתחת למים, כאשר היא נמוכה יותר, מתחת לחשמלית (אוסטרומים פנימיים, אשר לעתים קרובות, כאשר היא נמוכה יותר, מתחת לחשמלית (אוסטרואטמיים עמוק יותר, מתחת לחשמלית (אוסטרואנט) לחשמלית (אוסטרואנט) לגרורת, 000 ליטרים, מתחת לגרורת אורטרנטימי) לחשמלית (אוסטר

מכניזם של נזקי קרינה ב- Electronic Components

קרינה פוגעת במוליכים למחצה באמצעות שלושה מנגנונים בסיסיים: סך של מינון (TID) השפעות חד-פעמיים (SEEs), ונזקי עקירה (DD) כל מנגנון משפיע על אזורים חומריים שונים וסוגים של מכשירים, והם לעתים קרובות אינטראקציה, סיבוך תחזיות אמינות.

Total Ionizing Dose (TID)

כאשר חלקיקים אנרגטיים עוברים דרך שכבות תחמוצות (כגון תחמוצת השער במשבבים או תחמוצת בידוד במעגלים משולבים), הם יוצרים זוגות חד-חמצני (האלקטרונים סחף במהירות, אבל חורים הופכים לכודים בפח-חמצני, בונים מטען חיובי נטו לאורך זמן.(S תקועים מתחים מעבורות סף, מגבירים את זרמי הדלפות, ובסופו של דבר יכולים לגרום לתופעות פונקציונליות TID הם תלויים בממשק אחד של חומר חמצן (D) עבור רמות ה-Traded) במיוחד עבור רמות קרינה חד-קרד (DRicd) או שטח אחד (DRicd) בשל 30 גרם ל-Dyd) במיוחד עבור רכיבי Credited Creditected) בשל לחץ דם (DRide (D) בשל 30D) בשל לחץ דם (DRide (D) בשל 30DRide (Ded) שלהם (DRide Cred) במיוחד עבור רמות ה-Ded Cred-Dide Cred-Dide Cred-DRide Cred) עבור רמות (DRide Cred) עבור רמות (DRide Credited) גבוה יותר מגובה גבוה יותר מגובהוריד (DRide C

השפעות חד-פעמיות (SEEs)

SEEs הם הפרעות מיידיות הנגרמות על ידי חלקיק אנרגטי יחיד (בדרך כלל יון כבד או פרוטון באנרגיה גבוהה) להפקיד מספיק מטען בצומת רגיש כדי לשנות את מצב המעגל.

  • (FLT:0)Single-event Upset (SEUIR): FLT 1 A bit as in Memory, הרשמה או latch. SEUs הם שגיאות רכות שניתן לתקן באמצעות זיהוי ותיקון (EDAC) או הכחשה חוזרת.
  • (ב) [העיקרון]: [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה']] [ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ב']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ב']']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה']']'''[ה'[ה']'[ב'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ב']']']']']']'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']'['[ה'[ה'[ה']']'[ה']']']'['['['['[ה''
  • (FLT:0) אפילו בעיט (SEB) ו- Single-event Gate Rupture (SEGR): מכשירים בעוצמה גבוהה 1 כמו מ"מ חשמל" יכולים לעבור כשל הרסני כאשר חלקיק גורם transsitic bi transistor דו קוטבי או קרע את תחמוצת השער.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

SEE mitigation דורש עיצוב פריסה זהיר, שימוש טבעות שמירה, משולשת מודולריות Redundancy (TMR), ולפעמים החלת גורמים להפעלת מתחים.

נזקי החלפת (DD)

כאשר חלקיק אנרגיה גבוהה (במיוחד נויטרונים, פרוטונים, או בצל כבד) מכה את המוליכים למחצה צמיגים, זה יכול לפסול אטומים מאתריהם, יצירת vacancies ו interstitials. פגמים אלה להגדיל את צפיפות מרכזי Recombination להפחית את חיי נושאת המיעוט, אשר מקטין את הביצועים של צומת דו קוטבי (BT), photodeators, מעקב תאים סולאריים ואבדים (D) הוא בעיקר חומרים מזיקים אנרגיה.

בדיקות ומתודולוגיות אופי

ההשפעה של קרינה אסטינג דורשת שילוב של בדיקות ניסיוניות, סימולציה וניתוח ברמה המערכת.האפיון ריגרידי בתנאים מבוקרים מבטיח כי רכיבים לעמוד בדרישות ספציפיות למשימה.ה להלן הן המתודולוגיות העיקריות המועסקות על ידי מהנדסי אווירוקל ומומחים לאפקטי קרינה.

בדיקות קרינה עם חלקיקים

בדיקה כבדה ופרוטון במתקנים כגון טקסס A &M Cyclotron, Université Catholique de Louvain (UCL), או המעבדה הלאומית ברוקהייבן Tandem van de Graaff מאפשר למהנדסים לחשוף מכשירים ל-iOSDexateration חלקיקים מתקדמים (SECD) מדדי חילוף נתונים עבור SEEs כתפקוד של העברת אנרגיה ליניארית (T) וזווית ידועה לעתים קרובות באמצעות מדד CETDF3xate.

סימבול ומודל

כלים משלימים עוזרים לחזות השפעות קרינה מבלי צורך בגישה לאמנים חלקיקים עבור כל עיצוב של עיצוב.טכנולוגיה מחשב-Aided Design (TCAD) סימולציות מודל התחבורה של המטענים במכשיר לאחר שביתה חלקיקים, מתן תובנה לתוך SEU ו- SET תגובה תחבורה רדיו כמו Geant4 או FLUKA חישוב אנרגיה באמינות מורכבת של מערכת-המודלים ברמת ה-CDC, כגון ניתוח נתונים ברמת דיוק (Finx) כגון קודים של נתונים ברמת סיכון של LTX).

מידע על In-Situ Monitoring

כדי לאמת את הבדיקות הקרקעיות, חללית רבות נושאת צגים קרינה ועיגולים של טביעות שגיאות שיאים SEEs ו-TID החשיפה לאורך כל המשימה. NASA Goddard Space Flight Center EvolutionFLT:1 וסוכנות החלל האירופית (ESA) לשמור על מסדי נתונים של על אוביט חריגות המשמשות למעבדות נתונים החלות מידע החל מ-co-co-val) כמו תחנת החלל הבינלאומית (co-co-co-of-of-of) היו קיימים רכיבים אמיתיים.

אסטרטגיות לאלקטרוניקה אווירית

תוכנית קרינת חזקה משלבת בחירת רכיב, עיצוב מעגלים, הגנה ופתרון תקלות סובלנות.המטרה היא לשמור על שיעור הכישלונות של המערכת מתחת לסף האמינות של המשימה תוך איזון עלות, מסה וביצועים.אסטרטגיות הבאות מועסקות בדרך כלל.

קרינת קרינה-החרד (Rad-Hard)

אלקטרוניקה רווי קרינה מיוצרים באמצעות תהליכים מיוחדים (למשל, סיליקון-on-inulator או סיליקון-on-sapphire) כי באופן טבעי להפחית את הרגישות ס"מ ל- TID ול-up.Harding-by-design (RHBD) טכניקות כוללות שימוש ב- MicroVidrnular Gate Transistors for MOS, תאים לוגיים מחוספסים קשיחים עם פונקציות ארוכות-F-ip (ב) כגון מעבדים) ו-F-F-F-F-Fed) ו-ip (Ald) ו-F.

צילום ובחירת חומרי

מגן פסיבי באמצעות חומרים כגון אלומיניום, טנטלום, או פוליאתילן מפחית את המינון היעיל לאלקטרוניקה.עם זאת, מגן כבד מוסיף מסה, אשר נמצא בקרן בחלליות.מחקר עדכני חוקר את השימוש בחומרים מורכבים עם תוכן מימן גבוה (למשל, טלוויזיות גבוהות יותר או מטבולות בורון) עבור טוב יותר נויטרונים ופרוטון בתדירות גבוהה יותר, הם "מכסה" עם אלקטרוניקה רגישה, מאשר הגנה באופן אישי.

תיקון ותיקון שגיאות

משולשת של Redundancy (TMR) היא טכניקה קלאסית שבה שלושה מעגלים זהים פועלים במקביל, ובוחר הרוב קובע את הפלט. TMR מקטין SEUs ו SET אבל מגביר את הכוח והשטח על ידי כ 3× עבור זיכרון, זיהוי שגיאות ותיקון (EDAC) קודים (למשל, Hamming, EDSolo) הם סטנדרטיים.

שיטות תוכנה ומערכת

התוכנה הסובייקטיבית יכולה לזהות ולהחלים מ-SEEs ללא חומרה. Watchdog Timers, בדיקות בריאות תקופתיות, ותהליכי התאוששות בטוחים-מו-דה מאפשרים למערכת לאפס את עצמה אם שגיאה מזוהה.זיכרון קונפדרציה ב-SRAM מבוסס FPGAs ניתן לקרוא-back ותיקון באמצעות בקר רך-core.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

דחיפה חסרת פשרות לביצועים גבוהים יותר והעלות הנמוכה יותר היא עניין בחומרים מתקדמים למחצה וטכניקות קשיחות חדשניות.רחב-bandgap מכשירים כמו סיליקון carbide (SiC) ו-Greium nitride (GaN) מציעים סובלנות TID intrinsic TID עד כמה מגה-rad עקב הלהקות הרחבות שלהם ושכבות פחמן-חמצני.

אזור מבטיח נוסף הוא השימוש ניטור קרינה החלפתי כדי לאפשר הפחתה מתאימה.לדוגמה, חללית יכולה לעבור לתדירות שעון חזקה יותר או מתח כאשר עובר דרך SAA או במהלך התפרצות השמש. בשילוב עם אריזה מתקדמת המשלבת שכבות מגן ישירות לתוך הערימה, חידושים אלה יאפשרו אלקטרוניקה עתידיים כדי להשיג ביצועים חישוביים גדולים יותר תוך שמירה על האמינות הנדרשת לירח, מאדים, ומעבר לסף.

מסקנה

תוך הסתמכות על השפעת הקרינה על רכיבי אלקטרוניים אווירוקליים היא משמעת רבת פנים המשלבת פיזיקה תלת-צדדית בסיסית עם תכנון הנדסי ומשימה מעשי.מסביבה החלקיקית הקשה של החלל העמוק לחגורת כדור הארץ התחתון, כל אזור מציב איומים ברורים שיש לאפיין באמצעות בדיקות קפדניות ומודלים.

ככל שחיפוש החלל מתרחב למשימות ארוכות יותר ויותר מאתגרות, התעשייה חייבת להמשיך לפתח חומרים חדשים, שיטות בדיקה וטכניקות עיצוב.תכניות מתקדמות כמו ה-FLT של נאס"א:0NEPP (NASA Electronic Parts ו- Packaging)FLT:1 ותוכנית הפיתוח של סוכנות החלל האירופית (European Spaceonent Informations) ו- 3.