Radyasyonun Uzay Elektronik Bileşenleri üzerindeki Etkisini Değerlendirmek

Radyasyon, radyasyon hasarlarının güvenilirliğini ve performansının en yüksek seviyedeki zorluklarından biri oluşturur ve uzay sistemlerinde kullanılan elektronik bileşenlerin güvenilirliğini doğru bir şekilde değerlendirmektedir.Yerel ortamlar aksine, atmosfer ve manyetik alanın çok yıllık misyonlar ve yüksek çözünürlükte uçaklara sahip olması ve aşırı koşullar altında çalışabilmesi için sürekli olarak enerjik parçacıklara maruz kalmaktadır. Bu makale, radyasyon hasar mekanizmalarının, test ve simülasyon yoluyla etkisini doğru bir şekilde değerlendirerek, çok sert yaklaşımları ve modern yaklaşımlara yönelik olarak etkili bir inceleme sunar.

Uzayda Radyasyon Ortalığı

Uzay radyasyon ortamı karmaşık ve değişkendir, farklı enerjilerden gelen parçacıklardan oluşur, floreler ve kompozisyonlar. Uzay elektronik bileşenleri bu ortamın görev süresi boyunca iktisap etmeye ve masyona dayanmalıdır.

Galaktik Cosmic Rays (GCRs)

Galaktik kozmik ışınları, öncelikle protonlar ve tamamen iyonize atomik (sağdan demire kadar), süpernova kalıntılarından ve güneş sistemimiz dışındaki diğer astrofizik kaynaklardan kaynaklanmıştır. GCR'lerin on dört'ün üzerinde değişen enerjileri vardır ).19[D:D) eV, tek AB’li etkiler (SEEs) gibi, kırmızı-süresel olarak, güneş döngüsüyle (SEE)

Solar Parçacık Etkinlikleri (SPEs)

Güneş parçacık olayları, protonların ve daha ağır iyonların patlamaları, kısa sürede güneş patlamaları veya korolu kütle ejeksiyonları (CMEs) tarafından hızlandırılır. Enerji spektrumu genellikle 10 ve 100 MeV arasında zirveler, ancak florx, büyük olaylar sırasında son derece yüksek olabilir, elektronik sistemleri tasarlarken. SPEs ayrıca hasarlara katkıda bulunur.

Trapped Radyasyon Kemerleri

Dünya'nın manyetik alanı tuzakları, önemli TID ve yerinden edilmelerine neden olan yaklaşık 1000 ila 40 bin arasında, Van Allen kemerleri olarak bilinen, yaklaşık 1.000 ila 6.000 km'lik yüksek enerjili protonlar içerir.

Elektronik Bileşenlerin Mekanik Etkileri

Radyasyon hasarları üç temel mekanizmayla yarı iletkenler: toplam iyonize doz (TID) etkiler, tek-event etkiler (SEEs), ve yerinden hasar (DD) Her mekanizma farklı maddi bölgeleri ve cihaz türlerini etkiler ve genellikle güvenilir tahminler ile etkileşime girerler.

Tamamen Ionizing Dose (TID)

Enerjik parçacıklar oksit tabakaları aracılığıyla geçer (örneğin, MOSFET'lerde kapı oksiti veya entegre devrelerdeki izolasyon oksit gibi), elektron delik çiftlerini yaratırlar. elektronlar hızla süpürülüyor, ancak delikler oksit cihazlarında sıkışıp kalıyor, özellikle de maruz kalan oksit hızları nedeniyle hassastır.Bu sıkışık şarjlı şarj kabloları, uzay-Siized edilen 30 krealiste kadar 30 krealiste kadar (Sid) ve toplam enerji absorbesine bağlıdır (parçaklışlı radyasyona bağlı olarak).

Tek- Event Effects (SEEs)

SEEs tek bir enerjik parçacığın (tipik olarak ağır iyon veya yüksek enerjili bir proton) bir devre durumunu değiştirmek için hassas bir düğümde yeterli bir ücret yatırmak için anında kesintiler vardır.

SEE mitigation dikkatli bir düzen tasarımı gerektirir, koruma halkaları, üçlü modüler reddantcy (TMR), ve bazen gerilimleri çalıştırma faktörleri uygulayın.

Hasar (DD)

Yüksek enerjili bir parçacık (özellikle de nötronlar, protonlar veya ağır iyonlar) yarı iletken lattice vuruyorsa, sitelerinden atomları atabilir ve boş yere zarar vermek, enerji kaybının yoğunluğunda (NIEL) ve özellikle de yıldız parkurlarında kullanılan ikizleri ve görüntüleyicileri azaltmak için zararlıdır.

Test ve Karakterizasyon Yöntemleri

Radyasyon etkisi, deneysel test, simülasyon ve sistem düzeyinde analizin bir kombinasyonunu gerektirir. kontrollü koşullar altında, bu bileşenlerin misyona özgü gereksinimleri karşılamasını sağlar. Aşağıdakiler, havacılık mühendisleri ve radyasyon etkileri tarafından kullanılan birincil metodolojilerdir.

Parçacık Hızlandırıcıları ile Radyasyon Testi

Texas A& gibi tesislerde ağır iyon ve proton testleri;M Cyclotron, Lineer enerji transferinin işlevi olarak (ST) ve açısı.Veriler CREME96 gibi yörüngede hata oranlarını tahmin etmek için kullanılır. TID testi genellikle bir yüksek çözünürlükte parçacık kirişleri kullanır.Testler SEEs için kesitler, bilinen bir frekans aralığı için (SE) ve açısal ölçümler için kullanılan 10.

Simülasyon ve Modelleme

C ⁇ araçları, bir parçacık grevinden sonra bir cihazdaki suçlamaları tahmin etmeye yardımcı olur, SEU ve kuantum cevabına erişmeden sonra, Geant4 veya FLANDA karmaşık geometrilerde enerji ayrıştırmalarını hesaplar. Sistem seviyesi güvenilirlik modellemesi, USBT gibi bir cihazda hata ağacı analizi gibi araçlar kullanarak.Xilinx'in Soft Hata Oranı (SER) estimatörü[D) estimatörü[DD)

In-Orbit Data ve In-Situ İzleme

Zemin testleri doğrulamak için, birçok uzay aracı radyasyon monitörlerini ve hatayı takip eden devreleri görev boyunca SEEs ve TID maruziyeti kaydediyor.Uygun Uzay Uçuş Merkezi) ve Avrupa Uzay Ajansı (ESA), Uluslararası Uzay İstasyonu gibi görevlerden gelen verileri takip etmek için kullanılan on-veyabit anomalileri koruyor.

Havacılık Uzay Elektronik Için Stratejileri

Güçlü bir radyasyon mitigation planı, bileşen seçimi, devre tasarımı, kalkanlama ve yazılım hatası toleransını birleştirir. Hedef, sistemin güvenilirliği eşiğin altında, maliyet, kütle ve performans dengeleme sırasındaki başarısızlığını korumaktır.

Radyasyon-Hardized components (Rad-Hard)

Radyasyonlu elektronikler özel süreçler kullanılarak üretilir (örneğin, MOS cihazlar için silikon destekli devretme parmak izleri veya silikon destekli elektronikler) ve mikroptan (eski) makinelerini içerir.

Shielding ve Material Selection

Metal, tantalum gibi malzemeleri kullanarak aşırı koruma, veya polietilen kompozitler elektronike etkili doz azaltır. Ancak, ağır kalkanlama, uzay aracında primli bir yaklaşımdır. Son araştırmalar, yüksek hidrojen içeriği ile kompozit malzemeler kullanımı ile bireysel olarak incelenir (örneğin, yüksek çözünürlükte polietilen polinzitler veya boron-dopedüz kompozitler) daha iyi bir nötron ve atarak genellikle, “kırıklama” yaklaşımı alınır: hassas cihazlar, tek başına şekillendirilmiş bir kalkan ile kaplıdır.

Reddans ve Hata Düzeltme

Üç tane modüler kırmızıdanlık (TMR), üç aynı devrenin paralel olarak çalıştığını ve çoğu oy verenin çıktısını belirlediği klasik bir tekniktir. TMR, SEUs ve SETs'leri azaltır, ancak birden fazla hata tespiti ve düzeltme (EDAC) kodları için (örneğin, Hamming, Reed-Solomon) standarttır.

Yazılım ve SistemLevel Teknikleri

Hatalı yazılım, donanımdan yoksun SEE'lerden tespit ve geri kazanılabilir. Watchdog zamanlayıcıları, periyodik sağlık kontrolleri ve güvenli-mode kurtarma prosedürleri, bir hata tespit edilirse kendini sıfırlamaya izin verir.SRAM-based FPGAs'de bir sürü deneyi okunabilir ve düzeltilebilir.

Trendler ve Gelecek Yolları

Yüksek performans ve düşük maliyet için sürekli zorlama, daha geniş bantgap ve ince oksit tabakaları nedeniyle ilgi gösteriyor. Derin uzay görevleri için geniş bant uygulamaları için kullanılan güç dönüşüm ve RF yükselteçleri zaten kullanılabilir. Makine öğrenme algoritmaları, büyük veri setleri üzerinde eğitilmiş radyasyon test sonuçları, klasik modellerinin tahmin edilmesi ve optimize edilmesi için vaat ediyor.

Başka bir umut verici alan, bir optimize edilmiş masyon sağlamak için Aydınlanmanızı Teşvik Etmek için In-situ radyasyon izlemenin kullanımıdır. Örneğin, bir uzay aracı, SAA veya güneş fişeği ile geçerken daha sağlam bir saat frekansına veya gerilimine geçebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uzay elektronik bileşenleri üzerindeki radyasyonun etkisini değerlendirmek, titiz test ve modelleme ile karakterize edilmesi gereken çok yönlü bir disiplindir. Toplam iyonize edici etkiler ve her türlü bozulan elektronikleri benzersiz şekillerde bozunması ve etkili mitigation, yüksek performanslı bileşenlerin kapalı bir kombinasyonunu gerektirir, akıllı devre tasarımı, kalkanlama ve kırmızı çekme mimarisi ile karakterize edilmelidir.

Uzay araştırmaları daha uzun vadeli görevlere ve daha zorlu ortamlara genişletildiği gibi, endüstri yeni malzemeler, test yöntemleri ve tasarım teknikleri geliştirmeye devam etmelidir.Forgoing programs such as NASA'surFLT:0)NEPP (NASA Electronic Parçalar ve Ambalaj)[FLT] [Dönetici ve Avrupa Uzay Ajansının] “European Space components Information and Test))[Döneticileri ve test etmek için kritik kaynaklar sağlar.