第三代宽禁带半导体(SiC)器件在空间太阳能电站中的应用及进展

第三代宽禁带半导体(SiC、GaN)器件以其固有的大功率、耐高温及恶劣环境、抗辐照等特点，在替代传统的Si基器件方面具有无与伦比的技术优势。文章概述了第三代半导体（SiC）器件的发展现状，介绍了国内外第三代宽禁带半导体（SiC）器件研究进展及应用情况，并展望了第三代宽禁带半导体器件在空间太阳能电站中的应用前景。     

国外空间推进技术现状和发展趋势

空间推进技术通常可分为常规化学推进、电推进、微推进和新型推进4大类。常规化学推进是目前航天器的主要推进方式,性能继续提升。电推进已成功证明其优势和可靠性,在各种卫星和深空探测器上大量应用,且朝更宽泛功率的方向发展。蓬勃发展的微小卫星对微小推力、小质量、低功耗的微推进提出了迫切需求。无毒化学推进、太阳帆推进、核推进等新型推进技术正在加紧研制或进行空间飞行试验。首先综述国外卫星和深空探测器等航天器的各类空间推进技术应用和研究现状,然后分析其发展趋势,最后提出对我国空间推进技术的发展建议。     

高温环境下SRAM器件单粒子锁定效应试验研究

深空探测任务面临辐射与温度变化综合作用的恶劣环境,易导致作为航天器电子系统主要组成的CMOS集成电路发生单粒子锁定效应。着眼于在轨应用需求,针对体硅工艺SRAM器件进行了高温环境单粒子锁定试验研究,在不同电压和温度条件下开展重离子辐照试验,结果表明,随着器件工作电压的升高,单粒子锁定敏感性增加;随着温度升高,单粒子锁定截面增加,从常温到125℃的增幅约为1个数量级:即高温高电压下更易触发器件单粒子锁定效应。     

SiC MOSFET器件单粒子烧毁仿真分析

应用于航天器的宽禁带半导体功率器件会受到空间带电粒子的影响而存在单粒子烧毁（SEB）风险。为研究单粒子烧毁的机理及防护措施，文章利用半导体工艺器件仿真（TCAD）对SiC MOSFET器件进行了SEB仿真分析，发现粒子入射最敏感位置时器件发生SEB的阈值电压在500 V。同时，通过仿真获得器件微观电参数分布特性，分析认为器件发生SEB的机理是寄生晶体管的正反馈作用导致缓冲层和基区的电场强度（5.4 MV/cm和4.2 MV/cm）超过SiC材料击穿场强（3 MV/cm）。此外，针对仿真揭示的器件SEB薄弱区域，提出将P+源区的深度向下延伸至Pbase基区底部的工艺加固思路，并通过仿真验证表明该措施使器件发生SEB的阈值电压提高到近550 V。以上模拟结果可为该类器件的抗SEB设计提供技术支持。     

采用MPPT技术的国外深空探测器电源系统综述

最大功率点跟踪（MPPT）技术能够最大限度利用太阳电池阵输出功率,对于光强和温度变化较大的深空探测器,具有一定的优势。对MPPT电源系统拓扑结构及其在国外深空探测领域的典型应用,如＂罗塞塔＂（Rosetta）、＂信使＂（MESSENGER）探测器电源系统等,进行了调研和综述,分析了3种MPPT拓扑结构的特点,并指出光强、温度等空间环境因素,以及负载特性、系统稳定性对电源系统的影响,可为MPPT技术在我国深空探测器电源系统设计中应用提供参考。     

霍尔电推进技术的发展与应用

霍尔电推进具有推力密度大、推力功率比大、比冲高及系统可靠等优点,在20世纪60~70年代突破关键技术、完成空间试验后,在俄、美、欧等航天器上获得大量应用,执行位置保持、轨道转移、轨道调整和深空探测主推进等任务。目前,100 W级到5 k W级功率的霍尔推力器已经实现在轨应用,100 k W功率的霍尔推力器已在研制中。针对未来载人深空探测、GEO卫星、低轨和超低轨卫星及轨道机动飞行器等任务需求,霍尔电推进朝着更大功率包络,更强多模式调节能力,更高性能,更长寿命及推进剂多样化等方向发展。在分析霍尔电推进技术特点和适用任务后,对国内外霍尔电推进技术的发展现状、任务应用等进行了综述,最后对霍尔电推进的发展趋势进行了展望。     

我国空间环境试验的现状与发展建议

文章简要回顾了我国空间环境试验的发展历史与现状,并根据我国空间技术发展的需求,从大型复杂航天器环境试验、长寿命航天器环境适应性评估验证与防护、空间环境及其效应在轨飞行实验、月球与深空环境模拟与试验等方面对我国空间环境试验技术发展提出了一些建议。     

200N Cf/SiC复合材料推力器研制

为了研制Cf/SiC复合材料推力器,对Cf/SiC复合材料物理性能进行了试验研究,测试了Cf/SiC复合材料在空间复杂环境下的适应性及力学性能;采用化学气象沉积法制备抗氧化涂层;采用自动缠绕成型工艺制备Cf/SiC复合材料喷管;采用Ti-Ni复合钎料进行了高温钎焊试验,获得了最优的钎焊工艺参数,完成了Cf/SiC复合材料与金属铌的钎焊连接;制备了试验样机并进行了热试车考核.结果表明,Cf/SiC复合材料在经历各种空间环境后,仍可保持良好的力学性能,涂层具有较好的抗氧化能力.热试车过程中,稳态试车室压平稳,脉冲工作时,推力器响应迅速,脉冲一致性好;燃烧效率达到设计要求,钎焊缝结构完好,Cf/SiC复合材料喷管无明显烧蚀,热试车圆满成功.     

MTM反熔丝器件编程单元的空间应用适应性评估

文章结合航天应用空间环境要求以及MTM反熔丝器件的特点,对MTM反熔丝器件编程单元的航天应用特性进行了分析,提出了MTM反熔丝单元的可靠性评估方法,并对MTM反熔丝单元编程前后的可靠性进行了评估;从抗总剂量和抗单粒子效应两方面对MTM反熔丝器件的空间环境适应性进行试验验证。结果表明:MTM反熔丝工艺满足空间环境应用需要,采用该工艺的器件应用于航天器具有较高的可靠性和空间环境适应性。     

空间环境用耐低温硅橡胶密封材料研究

文章介绍了国内外对耐低温硅橡胶的研究进展,并结合已在空间环境应用的6710耐低温硅橡胶的各项性能和密封试验验证结果,指出耐低温硅橡胶在卫星结构、飞船驱动机构、空间对接、飞船生保系统等空间领域中得到了广泛应用.随着空间站、深空探测等任务对更低温度密封需求的增加,需开展耐更低温度硅橡胶材料的研制及其在空间环境下的演化规律的...     

航天器二次电源的低温工作特性研究

由于航天器在深空探测中处于低温环境中,其二次电源的低温工作特性尤为重要。文章首先介绍了航天器二次电源的供电结构;再从组成二次电源的关键元器件着手,对功率半导体器件（功率MOS管和功率二极管）、PWM控制芯片的低温特性进行深入探讨;最后对一个25W/5.8V输出的航天器二次电源在-35~80℃温度范围内工作的试验数据展开分析,这些工作可为后续深空探测任务的实施提供技术储备。     

光电技术在中国深空探测中的应用

文章简单回顾了中国深空探测已走过的历程和正在进行的项目,展望了今后的发展;分析了深空探测器及其有效栽荷对光电技术的需求;重点对中国已发射的月球探测器"嫦娥一号"、"嫦娥二号"中应用的光电技术和获取的成果,正在研制的"嫦娥三号"探测器中所应用的光电技术,月球探测三期和今后可能发展的深空探测项目中预计采用的光电技术的研制工...     

气球型深空探测器技术研究进展

气球型深空探测器能够大大提高深空探测的机动能力,它不仅可以获取区域范围内的高分辨率观测数据,而且还可实现不同高度大气的原位测量。文章针对气球型深空探测器按技术特征进行了分类,并简述了各类气球探测器的原理和特点,重点总结了各类气球探测器在金星、火星和土卫六上应用的研究现状。针对我国未来的气球型深空探测器技术发展,提出首先以火星热气球为发展方向,与地球临近空间浮空器技术的发展彼此借鉴,促进关键技术领域的技术突破等建议,可为我国未来深空探测提供参考。     

一种用于便携式GPS接收机射频芯片的低功耗低噪声放大器

针对便携式GPS系统对低功耗射频前端的需求,基于SMIC 180nm 1P6M RF CMOS工艺提出一种具有单端转差分功能的低功耗低噪声放大器。为了实现低功耗的目标,低噪声放大器的晶体管均被偏置在中等反型区。考虑ESD保护和焊盘寄生效应,后仿真结果显示,在最差工艺角情况下,增益为19dB,三阶交截点为-14dBm,噪声系数为4.2dB,输入回损为-8dB。在0.7V供电电压下,功耗为1mW,增益功耗比为19dB/mW,十分适合应用在便携式手持GPS领域。     

21世纪国外深空探测发展计划及进展

21世纪初期,国外深空探测计划层出不穷,各类深空探测器不断升空。文章主要概述新世纪各航天国家或地区的深空探测计划,并分别论述对月球、火星和其他行星以及小天体的探测计划及其进展,最后进行综合分析研究。     

深空光通信技术现状及发展趋势

深空通信是深空探测任务顺利进行的重要保障。以激光为载波的通信系统具有通信速率高、体积小、重量轻和功耗低等特点，已成为深空通信未来发展的主要方向。总结了深空光通信系统的发展现状和未来发展趋势，分析了深空光通信系统的组成以及关键技术。在此基础上，就未来技术发展、组网规划、标准化和生态演进、演示验证等方面，给出了我国深空光通信发展的思考和建议。     

月球着陆器着陆缓冲机构设计方法研究

着陆缓冲机构是着陆器实现月球或行星探测软着陆的关键部件之一,它直接关系到软着陆探测任务的成败.文章根据着陆缓冲机构的功能和特点,提出了从概念设计、方案比较到方案确定、详细分析和试验验证的方案设计流程,并结合月球着陆器着陆缓冲机构的研制经验,对每个阶段的设计方法进行了阐述,可供后续深空探测任务着陆缓冲机构设计借鉴和参考.     

太赫兹固态电子器件和电路

随着微电子技术的飞速发展,半导体器件的截止频率已经进入到太赫兹频段,太赫兹电路的频率特性特性得到极大发展。以固态器件为基础的电路的工作频率进入到太赫兹频段。太赫兹固态电子器件与电路技术在空间领域有着重要的应用前景。文章重点介绍InP基三端太赫兹固态电子器件和电路,以及太赫兹肖特基二极管器件和电路的技术发展过程与最新动态。并指出随着器件与电路的整体化与集成化发展趋势,太赫兹单片集成技术是其未来发展方向。     

弱太阳闪烁中深空探测信道的自适应控制

为提高探测器发射机功率利用率,在探测器和地球间建立可靠的传输链路,弱太阳闪烁中的深空信道的自适应控制十分重要。根据CCSDS规范,提出了一种基于连续功率控制和离散速率控制策略的深空信道自适应控制方法。数学分析和计算机仿真表明,(1) 太阳闪烁越强,自适应功率控制效果越明显;(2) 当太阳闪烁引起的信号衰减不大,小于9.4dB时,MPSK自适应控制信道容量高于非自适应控制信道容量。
     

硅集成电路老炼时间确定和寿命预计

文章基于阿列纽斯经验公式,利用相关标准中的数据,拟合得到硅集成电路老炼试验温度和时间的关系,根据这种关系可以确定在标准未规定的高温下硅集成电路的老炼时间,同时预计了硅集成电路的工作寿命。最后基于经典的温度应力加速试验模型进行了分析,并与前者进行了对比。