Cosmic Radyasyon Nedir?
Cosmic radyasyon, Dünya'nın atmosferinden gelen yüksek enerjili parçacıkların sürekli bir flux'tir. Bu parçacıklar protonlar, elektronlar, parçacıklar ve daha ağır atomik çekirdekler, yeniden hayal kırıklığına uğratan hızlar - ışık hızının% 90'ını aşıyorlar.[Dörtücü radyasyon ortamı, güneş ışığından kaynaklanan ışıklar ve korozyatik ışınların)[Döneticileri)[Döneticileri, süpernova ve aktif Galaktik nükletik nükletörüleri,
kozmik radyasyonun bileşimi güneş aktivitesi, yörüngesel yükseklik ve enlem ile değişir. Güneş boyunca, Güneş'in manyetik alanı daha güçlü, kısmen GCR'leri görmezden gelir, ancak düşük Dünya yörüngesinde çalışan uzay aracı için (LEO), Güney Atlantik Anomaly (SAA) bölgesi, çok uzun süre görevde hayatta kalabilen elektronikleri açığa çıkarırken, uçak dışı misyonlar GCR'lerin ve öngörülemeyen güneş olayları ile karşı karşıya olmalıdır.
Havacılık Elektroniki Üzerine Etkileri
Cosmic radyasyon, yarı iletken malzemelerle öncelikle iyonizasyon ve atomik yerinden etkileşimle etkileşime girer. Sonuç olarak, her kategorinin performans, yolsuzlukla ilgili olarak kategorize edilir:0)single-event etkiler (SEEs)) ve [[Döneticileri:2))
Single- Event Upsets (SEUs)
Bir SEU, tek bir enerjik parçacığın entegre bir devrede hassas bir düğüm attığında, örneğin, 1990'larda geçici bir değişiklike neden oluyor -Galaxy IV), bir SEU-indüklenmiş başarısızlık, bu, telemetri, navigasyon hesaplamaları veya bilimsel ölçümler nedeniyle patladı. Örneğin, 1990s sırasında, [[Dönemli IV)
Single- Event Latchup (SEL)
[FONT:0)SEL[DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
Tamamen Ionizing Dose (TID)
Bir görevin süresi boyunca, radyasyonun yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş (TID) radlarda (Si) veya Grays.
- Threshold voltaj MOSFET transistörleri içinde değişir, geçiş hızlarını değiştirir.
- Dijital mantıkta artan sızıntı akımları.
- Güç cihazlarında kesinti gerilimi azaltın.
[FONT=0]Hubble Space Teleskobu[[Dönetici:0) terimi, Van Allen kemerlerinden TID tarafından kısmen elektronik olarak bozuldu. uzun süredir Mars veya Jüpiter'e giden görevler için, TID-hardized parçaları 100 krad (Si) veya daha yüksek puanlarla zorunlu hale getirmek için gerekliydi.
Hasar (DD)
[FONT=0]Displacement hasar[Dönetici:0) Yüksek enerjili bir parçacık yarı iletken lattice'de bir atomla çarpıtıldığında meydana gelir.Bu, taşıyıcı yaşamını azaltan kristal kusurları ortaya koyar.Özellikle CCD'lerde, fotodiodes ve güneş hücreleri gibi optoelektronikler için problemli bir durumdur.
Mitigation Strategies
Etkili mitigation, çok katmanlı bir yaklaşım, bileşen seçimi, devre tasarımı, paketleme ve operasyonel yazılım gerektirir.Tek bir yöntem tam koruma sağlar, bu nedenle mühendisler görev risk toleransı ve kaynak kısıtlamalarına dayanan teknikleri birleştirir.
Radyasyon-Hardized Elements
[FONT=0)Radiation-hardized (rad-hard) elektronik[DDönetici:0) Yüksek radyasyon seviyelerine karşı özel olarak tasarlanmıştır. Ortak sertleştirme teknikleri şunları içerir:
- [FONT:0]Silicon-on-Insulator (SOI)) ve [[Dönetici:2)Silicon-on-Shire (SOS) - hassas malzemenin hacmini azaltır.
- [FONT:0]Wide bandgap yarı iletkenleri [Dönder: 1). (SiC, GaN) - iyonizasyon etkilerine daha az hassas.
- [FONT:0)Tam olarak silinmiş süreçler[[Döntilmişler) – şarj toplama düğümleri.
- [FONT=0) Redplacet kapı oksitleri[Dönetici: 1 ) - TID-indük sızıntıyı azaltır.
Ticari dışı (COTS) bileşenleri bazen düşük maliyetli görevler için kullanılır, ancak dikkatli tarama ve silme gerektirir.TheurFLT:0)SpaceX Starlink) takımyıldız seçici sertleştirici bazı COTS parçaları kullanır, ancak düşük maliyetli felsefeleri sık sık değiştirir.
Shielding
Shielding, partikülleri kütle ile absorbe ederek veya saçan partikülleri kütle ile azaltır: Tipik havacılık malzemeleri şunları içerir:
- [FONT=0) – ışık ve güçlü, protonlara ve elektronlara karşı ılımlı koruma sağlar.
- [FONT:0)Poly ESP[[[Dönemli: 1) hidrojende zengin, hızlı nötronlarda etkili ve ikincil radyasyonu azaltır.
- [FONT:0]TST[DÜT:1) ve [[Dönetici:2)[Dönetici:0))[Döneticileri ve hassas IC'ler etrafında kompakt nokta koruyucuları için yüksek yoğunluk.
- [FONT=0)Composite kalkanları[[Dönetici:0)[Dönetici:0)[0)[Köpek-yüklenen katmanlarla karbon fiber) – nötron absoryonu ile yapısal gücü bir araya getiriyor.
Manyetik veya estatik alanları kullanarak aktif kalkanlar deneysel olarak kalır (örneğin, ESFLT:0)Electrostatik Radyasyon Shield) NASA tarafından önerilen, ancak mevcut uydularda kitle ve güç kısıtlamaları önyükleme. Pasif kalkanlama, tüm zamanların standarttır, ancak izleyicilerin ücret yükü kapasitesine karşı toplu cezalarını tartması gerekir.
Hata Tespiti ve Düzeltme (EDAC)
Dijital sistemler birden çok seviyede hata koruması uygulayabilir:
- [FONT=0)Hamming kodları[[[Dönemli:2)Reed-Solomon kodları) - doğru tek-bit hataları ve iki-bit hataları tespit edin.
- [FONT:0)Triple-modular kırmızıdan (TMR))[Dönetici 3 kez tekrarlanır ve çıktıya oy verir.
- [FONT=0)Watchdog zamanlayıcılar) – kontrol etmemişse işlemciyi sıfırlayın.
- [FONT:0) Sertware yerkürleri[[Dönetici: 1) periyodik olarak okunur ve doğru hafıza hücreleri.
Bu teknikler geç kalmış ve güç yükü ekler, ancak güvenlik-kahkadar sistemleri için:0)krewed uzay rehberliği), onlar önemlidir.TheurFLT:2)Space Araç) oylama devreleri ile dörtlü bir uçuş kontrol sistemi kullandı.
Tasarım ve Layout Teknikleri
Devre düzeni seviyesinde, mühendisler gerilim aksanı çalıştırıyor:0)guard halkaları parasitik akımları ve [[Döneticileri toplamak için [Döneticileri ve karmaşıklıkları bastırmak için gerekli olan kritik sorumluluğun oluşturulması[Döneticileri) aynı zamanda ortaktır.In analog ve karışık-signal parçalar için,Dönemli mantık ve)[FLT: 9) ve [FLT)
Araştırma ve Future Developments
Devam eden araştırmalar, daha uzun vadeli görevlere (örneğin, insan Mars keşif), küçük uydular (CubeSats with limited kalkaning), ve daha yüksek performanslı elektronik (örneğin, AI) Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve NASA aşağıdaki alanlara yatırım yapıyor:
Shielding için Gelişmiş Malzemeler
[FONT:0]Nanocomposites[Döneticiler[Döneticiler) boron nitride nanotüpler veya grafikte oksitler, birim başına daha iyi enerji absorsuyonu vaat ediyor. [FONTD:2).Kendi-healing malzemeleri), yüksek çözünürlükte bir kalkan olarak incelenebilir.
Radyasyon Yazılım Tarafından Sertleştirici
Örneğin, otomatik yeniden deneme mekanizmaları, SAA geçiş sırasında kritik operasyonlar için dışlama bölgeleri ve TID değişimleri için uygun hale getirmek için uyarlanabilir gerilim ölçeklenebilir. NASA'nın 03:0)cFE (core Flight Executive)), radyasyon ortamları için uygun bir hata tespiti ve kurtarma çerçevesi içerir.
Anomaly Tespit için Makine Öğrenme
Future uydular, yakın latchups veya performans bozulmasını tahmin etmek için telemetri üzerinde eğitilmiş makine öğrenme modellerini kullanabilir.TheurFLT:0)A Özerk Radyasyon Checker[Döneticileri 1 ) Stanford süreçleri'da geliştirilen prototip gerçek zamanlı olarak subsystem redüptetme verilerini kullanır.
In-Situ Test ve Modeling
Radyasyon ortamının doğru modellemesi kritik.Farklı yörüngeler için arabalar:0)SPENVIS[DÜT:1) ve [[DÜT:2)CREME96) (NASA) eşanlı fluxes[değiştir | kaynağı değiştir] Yeni modeller Fransa'da güneş döngüsü varyasyonları ve geomanyeter kesmeleri içerir.[Döneticileri kullanarak proton cyclotronları ve ağır iyon hızlandırıcıları kullanarak testler (örneğin, FLT:4GANIL[DDDDD)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)
Future Missions Araba Innovation
NASA'nın >100 krad (Si) ·James Webb Uzay Teleskopu[Döneticileri L2’de çalışır, GCR fluxes’in yoğun radyasyon kemerleri aracılığıyla yörüngede olduğu, elektronik tolerant gerektiren >100 krad(Si)Artemis[Döneticileri [Döneticileri)[Döneticileri) Güneşi Güneşi Güneşi Güneşi Güneşi'nin manyetik alanlarını genişleyen bir teknolojiyle geri döndürdüğü yerde çalışır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Cosmic radyasyon, uzay elektroniklerine yönelik en zorlu tehditlerden biri olarak kalır, doğrudan görev güvenilirliğini, güvenliği ve yaşam tarzını etkiler.Tek olaydan itibaren, mekanizmalar iyi anlaşılacaktır, ancak mitigation, uzman bileşenlerin dengeli bir kombinasyonunu gerektirir, akıllı tasarım ve operasyonel korumalar. İnsanlık, on yıl önce daha derin bir şekilde çalışır ve dinamik uydular, radyasyon mühendisliğinde öğrenilen dersler sadece önemli ölçüde büyüyecektir.