Cosmic Radiation은 무엇입니까?

이 제품은 지구의 대기환경에서 시작된 고에너지 입자의 연속 플럭스입니다. 이 입자는 프로판스, 전자, 알파 입자, 그리고 헤비어 원자 핵 핵 핵 핵 핵을 포함하며, 재래치 속도의 90 %를 초과합니다. 우주 방사선 환경은 세 가지 주요 소스로 구성됩니다. ]galactic cosmic rays (GCRs)[:[[[[FLT:]:]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:[[[FLT:]:]:]:]:]:[[[[[[[[FLT:]:]:]:]:]:]:]:[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[FLT:]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]:]:]

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항공우주 전자에 미치는 영향

Cosmic 방사선은 이온화와 원자 진지변환을 통해서 반도체 물자로 주로 상호 작용합니다. 유래 효력은 에 넓게 분류됩니다 단일 배출 효력 (SEEs) 및 ]] ]]]. 각 종류는 성과, 손상 자료, 또는 무직한 체계 실패를 종결할 수 있습니다.

단일 이벤트 설정 (SEU)

SEU는 단일 에너지 입자가 통합 회로의 민감한 노드를 파업 할 때 발생하며, 논리 상태의 임시 변경을 유발하는 것은 "비트 플립"이라고합니다. 메모리 장치 (SRAM, DRAM, 플립 - 플러프)에서이 저장 된 데이터를 손상시킬 수 있으며, 원격 측정, 탐색 계산 또는 과학 측정에서 오류로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 1990 년대 동안, Galaxy[und]Galaxy[und]]Galaxy[und]]Galaxy[und]]Galaxy[FLT]]]의 위성 및 위성을 통해 완벽한 보안을 제공합니다.

단일 이벤트 래치업 (SEL)

SEL은 CMOS 장치 내에서 고에너지 입자가 패러시틱 실리콘 제어 정류기 (SCR) 구조를 유발하는 더 심각한 효과입니다. 이것은 전력과 접지 사이의 낮은 임피던스 경로, 제어 전류 흐름에서 발생시킵니다. 신속하게 중단되지 않은 경우, SEL은 열 런웨이에서 영구적 인 손상을 일으킬 수 있습니다. 래치업은 많은 위성 프로세서에서 관찰되었으며, [LT:2] 실리콘 회로를 사용하여 LT:3를 감소시킵니다. [FLT:]

총 이온화 복용량 (TID)

임무의 일생에, 방사선을 점차적으로 degrades 전자 부품 이온화하는 누적 노출. 총 이온화 복용량 (TID)는 rads (Si) 또는 회색에서 측정됩니다. 일반적인 효력은 다음을 포함합니다:

  • MOSFET 트랜지스터의 임계 전압 교대, 교체 전환 속도.
  • 디지털 논리의 누설 현재 증가.
  • 동력 장치에서 고장 전압을 감소했습니다.

Hubble Space Telescope은 Van Allen belts에서 TID로 전자를 대체하기 위해 부분적으로 필요한 정기적 인 서비스입니다. Mars 또는 Jupiter에 대한 긴 역 임무를 위해, 100 krad(Si) 이상의 등급이있는 TID 경화 부품은 필수입니다.

진지변환 손상 (DD)

배경 손상은 반도체 격자에 원자로를 콜라보레이션 할 때 발생하며 위치가 끊어지는 결정적인 결함을 소개합니다. 이 제품은 재조합 센터 역할을 하는 결정적 결함을 도입하여 캐리어 수명을 줄입니다. 변위 손상은 CCD, 포토다이드, 태양 전지와 같은 광전자 공학에 특히 문제가 있습니다. Cassini[LT:2]]Cassini[LT:3]]Samber의 출력에 대한 10%의 증가를 갖는 것으로 예상됩니다.

Mitigation 전략

효과적인 완화는 구성 요소 선택, 회로 설계, 포장 및 운영 소프트웨어를 뼘으로 잽니다. 단일 방법도 완전한 보호를 제공하지 않습니다, 그래서 엔지니어는 임무 위험 공차 및 자원 제약을 기반으로 기술을 결합합니다.

Radiation-Hardened 부품

방사선 경화 (rad-hard) 전자은 고 방사선 수준을 견딜 수 있도록 특별히 설계되었습니다. 일반적인 경화 기술은 다음과 같습니다.

  • 실리콘-에 절연체(SOI) 및 ]Silicon-on-Sapphire (SOS)] – 민감한 물질의 볼륨을 감소시킵니다.
  • Wide bandgap Semiconductor (SiC, GaN) - 이온화 효과에 대한 더 적은 수용성.
  • Fully depleted process – 충전 수집 노드를 최소화합니다.
  • Redundant gate oxides – TID 유도 누설을 감소시킵니다.

상업적인 off-the-shelf (COTS) 성분은 때때로 낮 비용 임무를 위해 사용됩니다, 그러나 그들은 주의깊게 검열하고 derating 요구합니다. SpaceX Starlink constellation는 선택적인 강하게 하는을 가진 몇몇 COTS 부속을, 그러나 그들의 낮은 비용 철학은 빈번한 보충을 요약합니다.

팟캐스트

보호는 질량을 통해 흡수하거나 흩어져 입자를 감소시켜 입자 유출을 감소시킵니다. 전형적인 항공 우주 재료는 다음과 같습니다.

  • 알루미늄 – 빛과 강한, protons와 electrons에 대하여 온건한 보호를 제공합니다.
  • Polyethylene – 수소에 부유하고, 빠른 중력 및 이차 방사선을 감소시키기에 효과적인.
  • Tungsten 과 ]tantalum] – 민감한 IC를 둘러싼 소형 스포트 방패에 고밀도.
  • Composite shields (예: 붕소 로드 레이어가있는 탄소 섬유) - neutron 흡수와 구조 강도 결합.

자기 또는 정전기 필드를 사용하여 활성 보호는 실험 (예를 들어, Electrostatic Radiation Shield] NASA에 의해 제안, 그러나 현재 위성에 배포를 포함 질량 및 전력 제약. 수동적인 차폐는 de facto 표준이지만 디자이너는 탑재 용량에 대한 대량의 벌금을 무게해야합니다.

오류 탐지 및 수정 (EDAC)

디지털 시스템은 여러 수준에서 오류 보호를 구현할 수 있습니다.

  • Hamming codes / ]Reed-Solomon codes – 올바른 단일 비트 오류를 수정하고 두 비트 오류를 감지합니다.
  • Triple-modular 중복 (TMR) – 중복 논리 3배 및 출력 투표.
  • Watchdog 타이머 – 체크에 실패하면 프로세서를 재설정합니다.
  • Hardware스크럽 – 주기적으로 읽기 및 정확한 메모리 셀.

이 기술은 대기 시간 및 전력 오버 헤드를 추가하지만, ]]crewed 우주선 안내]와 같은 안전 크리티컬 시스템을 위해 필수적입니다. ]Space Shuttle]은 투표 회로와 쿼드런트 비행 제어 시스템을 사용했습니다.

디자인 및 레이아웃 기술

회로 레이아웃 수준에서 엔지니어는 ] 가드 링 파라시틱 전류 및 ] 전압의 휘발성을 억제하기 위해 커패시터]를 분해하여 전압의 휘발성을 억제합니다. ]resistive hardening (uplt:3)에 필요한 중요한 충전을 유도하는 것은 일반적으로 ]와 동일하게 결합되어 있습니다.]]]]]]

연구 및 미래 개발

Ongoing 연구는 더 긴 탈의 임무 (예를들면, 인간적인 Mars 탐험), 작은 위성 (CubeSats with limited shielding) 및 고성능 전자 (예를들면, 내장 AI를 위한 FPGAs)를 위한 필요에 의해 몰아집니다. 유럽 우주국 (ESA) 및 NASA는 뒤에 오는 지역에서 투자됩니다:

보호용 고급 재료

Nanocomposites 붕소 질화물 나노 튜브 또는 그래 핀 산화물은 단위 질량 당 더 나은 에너지 흡수를 약속합니다. ] 자기 경화 재료]는 방사선 유도 결함을 복구 할 수 있습니다 확장 임무를 위해 연구되고 있습니다. ESA 's "Dr. 방패"] 프로그램으로 높은 열성, 가벼운 열성, 가벼운 열성, 가벼운 열성, 가벼운 열성, 가벼운 열성, 가벼운 열성, 가벼운 열성, 확성, 가벼운 열성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 확성, 균성, 확성, 균성, 확성, 균성, 균성, 균성, 균성, 균성, 균성, 균성, 균성,

Radiation Hardening by 소프트웨어

온보드 소프트웨어는 시스템 탄력을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 자동 재량 메커니즘, SAA 통과 중 중요한 운영 구역 및 TID 이동에 대한 보상을 얻기 위해 적응 전압 스케일링. NASA의 cFE (핵심 비행 집행)는 방사선 환경에 맞게 고정 할 수있는 결함 검출 및 복구 프레임 워크를 포함합니다.

Anomaly Detection을 위한 기계 학습

미래 위성은 원격 측정에 훈련된 기계 학습 모델을 사용하여 임박 임박 임업 또는 성능 평가를 예측할 수 있습니다. ] 자율 레이디션 검사기 Stanford 공정 실시간 소자 검출기 데이터를 사용하여 스탠포드 프로세스 실시간 소자 검출기 데이터를 조정합니다.

In-Situ 테스트 및 모델링

방사선 환경의 정확한 모델링은 중요합니다. SPENVIS(ESA) 및 CREME96](NASA)과 같은 도구는 다른 궤도에 대한 입자 플럭스를 시뮬레이션합니다. 더 새로운 모델은 태양 사이클 변이와 높은 피델리티로 지자 차단을 통합합니다. 프로 사이클론 및 중력 가속기 (LT:7)를 사용하여 지상 기반 테스트 [FIL]]:7]:3:3:3:3:3:3:3:3:3:3]

미래 사명 혁신

NASA의 Europa Clipper는 강렬한 방사선 벨트를 통해 유머의 달을 궤도, 필요한 전자 tolerant to >100 krad(Si). James Webb Space Telescope]는 LEO보다 높은 L2에서 작동; 그것의 주요 컴퓨터는 rad-hard Power Processors with 광대역을 사용 [PCLT:3]]. 이 제품은 다음과 같은 다양한 종류의 장비를 포함합니다.

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