影响GEO卫星长寿命高可靠的空间环境因素及其评估、验证和保障技术研究

文章叙述了空间环境与卫星长寿命高可靠的关系,着重分析了影响GEO卫星长寿命高可靠的各种空间环境效应,如:地磁亚暴电子造成的卫星表面带电及诱导的二次放电、辐射带高能电子引起卫星内带电、太阳耀斑质子和银河宇宙射线造成的单粒子效应、空间带电粒子和太阳电磁辐照造成的辐照总剂量效应以及空间环境下敏感表面的污染效应等.文章最后给出GEO卫星空间环境效应的评估、验证和保障技术研究的必要性及其主要研究方向.     

Interplanetary crew dose estimates for worst case solar particle events based on historical data for the Carrington flare of 1859

Over the past two decades, hypothetical models of “worst-case” solar particle event (SPE) spectra have been proposed in order to place an upper bound on radiation doses to critical body organs of interplanetary crews on deep space missions. These event spectra are usually formulated using hypothetical extrapolations of space measurements for previous large events. Here we take a different approach. Recently reported analyses of ice core samples indicate that the Carrington flare of 1859 is the largest event observed in the past 500 years. These ice core data yield estimates of the proton fluence for energies greater than 30 MeV, but provide no other spectrum information. Assuming that the proton energy distribution for such an event is similar to that measured for other recent, large events, interplanetary crew doses are estimated for these hypothetical worst case SPE spectra. These estimated doses are life threatening unless substantial shielding is provided.     

空间质子直接和非直接电离引发单粒子效应的地面等效评估试验方法

以40 nm和65 nm CMOS工艺SRAM为样品,进行质子辐照单粒子效应试验研究,以建立空间质子引起单粒子效应的地面等效评估试验方法。分别进行低能质子直接电离、高能质子核反应和重离子直接电离引起的单粒子翻转试验;根据获得的试验数据,分析讨论给出空间质子引起半导体器件单粒子效应的地面等效评估试验方法:对低能质子直接电离引起的单粒子效应,基于LET等效采用重离子进行试验;对高能质子非直接电离引起的单粒子效应,采用高能质子进行试验;根据地面质子和重离子辐照试验数据,结合空间辐射环境模型,预计由空间质子辐射引起的器件在轨单粒子翻转率。     

SRAM型FPGA单粒子效应试验研究

针对军品级SRAM型FPGA的单粒子效应特性,文中采用重离子加速设备,对Xilinx公司Virtex-II系列可重复编程FPGA中一百万门的XQ2V1000进行辐射试验。试验中,被测FPGA单粒子翻转采用了静态与动态两种测试方式。并且通过单粒子功能中断的测试,研究了基于重配置的单粒子效应减缓方法。试验发现被测FPGA对单粒子翻转与功能中断都较为敏感,但是在注入粒子LET值达到42MeV·cm 2/mg时仍然对单粒子锁定免疫。本文对翻转敏感度、测试方法与减缓技术进行了讨论,试验结果说明SRAM型FPGA对单粒子效应比较敏感,利用重配置技术的减缓方法能够有效降低敏感度,实现空间应用。
     

Increasing global awareness of space activities: World Space Week 2001

This report describes the background to and rationale for World Space Week, now an annual event aiming to increase public awareness of the benefits of peaceful space use and to act as an educational tool for the young. Examples of typical activities in a variety of countries are presented. The report concludes with recommendations—such as rescheduling existing events to the period of World Space Week—to make the event even more successful.     

Xilinx FPGA自主配置管理容错设计研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下容易受到单粒子效应影响的问题,在分析可重配置的Xilinx FPGA的结构和故障模式的基础上,提出一种基于自主配置管理的Xilinx FPGA容错设计方案。综合运用诸如逻辑电路三模冗余、块存储器EDAC校验、动态回读、动态局部重配置及周期全局重配置等方法实现故障的屏蔽、检测和修复。该方案覆盖了FPGA的各种单粒子效应故障模式,并且在芯片内部实现了自主配置管理,具有体积小、成本低、可靠性高的特点。     

美国DMSP-F13卫星解体事件对空间碎片环境影响分析

2015 年2 月3 日,美国DMSP-F13 卫星发生爆炸解体,产生了百余块编目空间碎片。该卫星解体碎片主要分布在轨道高度600～1200 km 范围内,其中近50%的编目碎片在轨寿命将超过20 年,会对未来空间碎片环境构成长期影响。结合我国空间碎片环境工程模型SDEEM 对DMSP-F13 解体事件的分析结果显示,此次解体事件造成邻近轨道区域内空间碎片空间密度增加,对该区域航天器安全运行产生影响。     

Space and maritime security–strategies for countering the pirates

Following previous work on space and internal security as part of the European Space Policy Institute's (ESPI) Space and Security programme, ESPI initiated a workshop dealing with an issue of high political as well as public concern – using space as an instrument in the broader strategic context of maritime security – together with the Austrian Institute for European and Security Policy (AIES), which has special expertise in security matters related to Europe. Over 50 high-ranking professionals took part in the 30 November 2009 event, “Space and Maritime Security - Strategies and Capabilities to Counter Piracy”, held at the Austrian Chamber of Commerce (WKÖ) in Vienna. The use of space assets for maritime security has moved up the political agenda as a result of the reliance of the EU ATALANTA NAVFOR mission on services and data provided by the European Union Satellite Centre (EUSC). The workshop therefore addressed technological capabilities as well as industrial approaches in the context of the political framework conditions. It provided a dialogue between space and non-space security communities.     

In Memoriam: Herbert L. Pick,Jr. (1930–2012)

ABSTRACT

Fictive motion in language (as in “the ridge went north”) is claimed to reflect the attention focus of the observer on the extension and spatial layout of an entity. This paper investigates fictive motion in alpine narratives, which describe the experience of moving in a very specifically structured space. We examine space properties that are highlighted through fictive motion in this specific context and describe how they go beyond spatial extension. We further report the communicative motivation behind the use of fictive motion, ranging from conveying the sense of place to encoding the full spatial footprint of a motion event.     

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对SRAM FPGA空间应用日益增多,以100万门SRAM FPGA为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验。单粒子试验结果是:试验用粒子最小LET为1.66 MeV·cm2/mg,出现SEU（单粒子翻转）;LET为4.17 MeV·cm2/mg,出现SEFI（单粒子功能中断）,通过重新配置,样品功能恢复正常;LET在1.66～64.8 MeV?cm2/mg范围内,未出现SEL（单粒子锁定）;试验发现,随SEU数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常。电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75 krad(Si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化。辐照到87 krad(Si)时,样品出现功能失效。试验表明SRAM FPGA属于SEU敏感的器件,且存在SEFI。SEU和SEFI会破坏器件功能,导致系统故障。空间应用SRAM FPGA必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余（TMR）配合定时重新配置（Scrubbing）。关键部位如控制系统慎用SRAM FPGA。     

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性，分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构，以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响，指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低，抗总剂量效应不断提高，抵抗单粒子效应，尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项，如，冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、白检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构，分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用，并通过了各种卫星环境试验，该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。     

国产数字信号处理器在轨验证技术研究

文章通过研究某国产数字信号处理器（XX-DSP）体系结构、DSP地面测试方法和空间环境对DSP的典型影响,设计了一种针对国产DSP类器件的在轨验证方法。验证系统硬件平台采用1∶1热备份设计,提高系统可靠性;验证方法借鉴当前地面应用广泛的功能测试方法,覆盖DSP的全部功能单元;另外考虑空间环境中的电离总剂量效应和单粒子效应影响,对DSP的片内RAM和内部寄存器的单粒子翻转（SEU）进行统计,并最终给出单粒子翻转率,同时检测DSP单粒子锁定（SEL）;最后通过运行DSP典型应用算法——有限长单位冲激响应（FIR）滤波算法验证DSP的系统功能,全面考核国产DSP的空间环境适应性。     

FY-1C/D极轨气象卫星空间粒子成分监测器及其在轨探测结果

介绍了风云一号(FY-1)C，D极轨气象卫星空间粒子成分监测器的任务目标、主要功能和工程指标。以及数据的获取和处理方法。给出了空间环境宁静期、地磁扰动事件、太阳质子事件、与太阳活动的关系和粒子长期变化等探测结果，并进行了相应的分析。对C，D星空间粒子成分监测器分别进行的5年和第二次在轨测试结果表明，两星监测器工作正常、性能稳定，探测数据可靠。     

空间环境对航天器的影响及其对策研究

在扼要介绍近地空间环境的基础上，简述了高层大气、高能带电粒子，空间等离子体、空间碎片和微流星等空间环境对航天器轨道，姿态的影响，以及航天器辐射损伤，机械损伤，化学损伤，表面充放电，电子器件硬软错误，通信和测控的干扰等诸多空间环境效应，还简要介绍了我国空间环境探测的主要成果以及空间环境对航天器影响的对策研究的情况。     

Main problems of the Russian Orlan-M space suit utilization for EVAs on the ISS

In the recent years the Russian Orlan-M space suits have been improved as applied to their operational requirements for the ISS. A special attention is paid to enhancement of EVA crew efficiency and safety. The paper considers the main problems regarding specific features of the Russian space suit operation in the ISS, and analyses measures on their solution. In particular, the problems associated with the following are considered: enhancement of the anthropometric range for the EVA crewmembers; use of some US EMU elements and unified NASA equipment elements; Orlan-M operation support in the wide range of the ISS thermal conditions; use of Simplified Aid For Extravehicular activity Rescue (SAFER) designed as a self-rescue device, which will be used for an EVA crewmember return in the event that he (she) breaks away inadvertently from the ISS surface. The paper states the main space suit differences with reference to solution of the above problems. The paper presents briefly the design of space suit arms developed for crewmembers with small anthropometric parameters, as well as peculiarities and test results for the gloves with enhanced thermal protection. Measures on further space suit development with the purpose to improve its performances are considered.     

一款新研制ASIC器件的单粒子效应检测与故障定位

针对一款国产新研ASIC器件抗单粒子能力评估的需要,研制了ASIC器件单粒子效应检测系统。通过单粒子效应评估试验,得到了该器件在Kr离子辐照下的单粒子翻转数据。采用故障树分析和电路仿真技术,对ASIC器件内部单粒子翻转敏感模块进行定位。研究成果可为器件厂家后续设计改进和卫星型号系统级抗辐射加固设计提供依据。     

国产先进工艺SoC器件空间单粒子效应试验研究

国产某型号导航SoC器件采用55 nm商用工艺生产.针对该型器件的辐射敏感性分析表明其易受单粒子效应影响,为此利用重离子加速器完成空间单粒子辐照的地面模拟试验,考查器件的单粒子效应,为其空间应用提供数据支撑.结果表明:器件抗单粒子锁定的LET阈值大于81.4 MeV·cm2/mg,满足空间应用指标要求;但器件对单粒子翻...     

基于PRA的交会对接任务可靠性评估

为有效评估交会对接任务过程的可靠性指标,提出了基于概率风险评价（PRA）的交会对接任务可靠性评估方法,该方法是通过事件树描述各事件或功能的可靠性与任务可靠性之间的关系,同时通过概率风险模型描述事件或功能的可靠性与设备可靠性之间的关系。根据我国航天领域可靠性工作现状,提出了交会对接过程可靠性评估的工程流程。     

航天用SRAM型FPGA抗单粒子翻转设计

采用SRAM工艺的FPGA因其性能优异,在空间领域的应用受到重视;但是在空间环境中,SRAM型FPGA易受单粒子翻转的影响而导致逻辑故障或功能中断。文章提出对该类芯片的配置逻辑部分采用回读比较后刷新、对其BRAM部分采用通用自纠错宏的抗单粒子翻转（SEU）设计方案,在牺牲一定的器件性能的情况下,能达到较好的抗辐射效果。     

载人航天器安全性概率算法

本文从载人航天的工程实际出发，对载从航天器的安全性定义、安全性模型、安全性和可靠性之间的关系进行了深入的讨论。通过全状态事件树分析，给出了载人航天器安全性分析模型，并在此基础上推导出了载人航天器安全性概率算法公式。最后，通过宇航界一个载人航天器实例，说明了该方法的具体应用。