新型航天器抗辐射加固技术的研究重点

未来新型航天器在研制模式、设计技术、元器件及材料等方面与以往卫星相比将有较大变化,从而对抗辐射加固技术提出新的要求。因此,抗辐射加固技术的研究重点须在以往研究基础上进行调整。文章从航天器总体角度,对新型航天器抗辐射加固技术的研究重点进行探讨。     

宇航抗辐射加固集成电路技术发展与思考

宇航抗辐射加固集成电路是航天工程的核心基础技术。长期以来,美欧等国家对抗辐射加固集成电路持续支持并严格禁运,宇航集成电路的发展和自主可控是我国向航天强国迈进的关键核心基础之一,受到国家的高度重视。本文总结了宇航抗辐射加固集成电路发展特点和我国发展现状,分析了未来宇航抗辐射加固集成电路的发展需求,探讨了未来需要重点关注的3个技术方向,即软加固的天算芯片、高压功率器件加固和单粒子效应仿真。     

卫星抗辐射加固技术

分析了FY－1C卫星运行轨道空间辐射环境，介绍了整星、单机、器件抗辐射要求。卫星研制过程中，对各单抗和系统在技术设计、元器件设计、软件编制等的抗辐射加固设计要求。特别对有CPU和存储器的单粒子翻转效应（SEU）和闩锁效应（SEL）试验。仪器和系统的软件均用故障注入的方法完成了抗SEU的仿真试验。     

空间辐射环境引起在轨卫星故障分析与加固对策

文章对卫星由于空间辐射环境导致的在轨故障进行了统计;对某卫星数传综合处理器在轨单粒子翻转故障的现象、机理和措施等进行了分析;根据在轨故障案例、实际工程经验和仿真分析,从硬件和软件两方面提出了具体的降低单粒子效应的多种抗辐射加固设计方法,以延长卫星在轨工作寿命。     

星载计算机抗辐射加固技术

为掌握星载计算机系统级抗辐射加固技术 ,针对星载计算机的抗辐射薄弱环节 ,研究抗辐射加固措施 ,完成了 386ex三机变结构原理样机。重点研究了抗单粒子效应多机容错技术和存储器校验技术 ,抗总剂量效应屏蔽材料和屏蔽工艺。最后研究了实时多任务操作系统及其抗辐射问题。     

航天电子抗辐射研究综述

辐射是影响航天电子设备高可靠长寿命运行的重要因素,是当前航天电子技术的研究重点。首先介绍了造成各种辐射效应的空间辐射环境,以及总剂量、单粒子、位移损伤和航天器带电等辐射效应的内在物理原理;然后,综述了当前最新的抗辐射措施、辐射试验方法、抗辐射加固保障等技术,最后指出抗辐射研究的方向。     

卫星载荷二次电源用MOSFET的抗辐射设计及验证

针对某卫星载荷二次电源所面临的空间总剂量辐射环境及其效应,进行了二次电源用3款MOSFET(IRF5N3415、IRF7NA2907、IRF7N1405)的抗辐射总剂量设计,通过使用钽片加固及合理的结构布局防护使该3款MOSFET的辐照设计余量(RDM)均不小于3。开展总剂量辐照试验验证,对比参数变化得出MOSFET的抗电离总剂量数据,验证了加固设计的有效性。采用经过抗辐射设计的非宇航级元器件将成为空间降成本应用的趋势之一。     

星载抗辐射加固接收DBF ASIC设计与实现

空间环境中存在的大量粒子,其辐射效应,特别是单粒子效应,严重威胁着空间CMOS器件的可靠性。文章首先分析了几种典型的数字单粒子瞬态加固技术,并提出了一种适合接收数字波束形成ASIC的抗辐射加固电路结构。通过对标准ASIC设计流程进行改进,给出了抗辐射加固ASIC设计流程。基于该改进的ASIC设计流程,实现了接收DBF ASIC的研制。     

单粒子事件动态监测仪总体设计

本文探索卫星总体设计的一种新思想,提出建立星上计算机与地面后援设备(包括人)的联合计算机系统。从整体上确保星上计算机可靠性和提高其智能水平。提出抗辐射防护对策的另一途径,建立抗辐射加固系统。实践四号在这方面的一些尝试证明,如果器件加固和系统加固同时实施,可以提高星上计算机的可靠性。     

一种串并转换器件单粒子效应试验研究

针对型号用新型器件抗辐射能力评估的需要,研制了串并转换器件单粒子效应检测系统,并对卫星型号中准备使用的一款26位串并转换器件进行了单粒子效应评估试验,得到了器件抗单粒子锁定的阈值,并发现该器件在单粒子辐照下会出现连续位输出错误。结合器件版图、结构分析了单粒子效应造成连续位错误的原因,为器件厂家后续设计改进和卫星型号进行系统级抗辐射加固设计提供了依据。     

星载数字电子设备的辐射加固技术(一)

对国外星载电子设备特别是常用的ＣＭＯＳ器件在空间环境下的抗辐射性能进行大量调研和长期跟踪，在此基础上总结了国外近年来对大规模集成电路辐射失效机理的研究成果，对比了各种器件工艺集成电路的抗辐射性能，重点分析了星载电子系统总剂量辐射损坏、单粒子翻转和单粒子锁定机理，针对这三种由空间辐射引起的星载电子系统失效这一特殊问题，分别介绍了国内外行之有效的辐射加固技术，最后提出了设计星载电子系统的一些建议。     

静态存储器单粒子翻转率预示的在轨验证

SRAM型FPGA配置区的单粒子翻转可能对系统的功能产生严重的影响,因此必须进行针对性的加固措施,而加固的重要依据之一是在轨翻转率结果。文章将地面获得的Hitachi 4Mb SRAM HI628512单粒子翻转率预示结果与搭载在极轨卫星SAC-C等上的飞行试验的结果进行了比较。分析表明基于国内地面试验数据和FOM方法预示的在轨翻转率与国外的在轨监测数据接近,多位翻转的试验结果也得到了在轨试验数据的验证。这些结果表明我国在单粒子翻转的模拟试验技术和在轨翻转率预示方面取得了相当的进展,可以为卫星电子系统抗辐射加固设计提供有力的保障。     

一种基于多处理器的星载计算机抗辐射加固设计方案

采用4DSP+FPGA结构方案,在满足系统高可靠性的前提下,运行一种"3+1"的工作模式,针对备份DSP提出一种可选的"轮转切换"方案,利用预读节省DSP进行数据读取的时间,实现星载计算机的抗辐射加固设计与高性能设计的平衡。     

双极晶体管不同剂量率辐射退化机理

通过对双极器件剂量率效应退化机理进行分析,探讨了双极器件抗辐射加固途径,评估了双极器件抗辐射能力的试验方法。     

商业航天元器件抗辐射性能保证研究

从商业航天应用的需求出发,围绕商业航天"低成本、低风险"的要求,结合航天任务本身"高技术、高风险、高投入"的特点,分析了近地轨道中不同高度、倾角下的辐射环境,给出了LEO轨道空间辐射环境需求。基于商业航天应用特点和辐射可靠性要求,建立了卫星元器件抗辐射保证的技术流程,提出了近地轨道卫星元器件抗总剂量效应、抗单粒子效应和抗位移效应的辐射指标要求。结合不同工艺结构器件辐射敏感性特征,给出了空间不同辐射效应评估的关重点及内容要求。针对卫星核心部位的关键元器件,给出了辐射风险分析和相应的抗辐射保证措施。通过某卫星型号的抗辐射保证实践,验证了该保证流程和评估技术要求。最后给出了商业卫星辐射指标以及抗辐射保证建议。     

S781有机白漆温控涂层质子加速效应试验研究

S781有机白漆温控涂层是卫星表面的主要温控涂层之一,质子辐照试验不仅可以评估卫星表面的温控涂层在轨长期运行的退化特性,而且可以为卫星的研制寻找更耐辐射的涂层。这次质子辐照试验,为卫星综合环境可靠性技术研究中的“质子加速效应试验研究”确定辐射剂量、能量积累了经验;为抗辐射加固中“有机温控涂层总剂量辐射效应试验研究”做了技术上的前期准备工作;并对从国外引进质子加速器、确切地提出其技术指标有着积极的作用。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

攻坚克难,解北斗空“芯”之忧——从北斗芯片用于揭秘藏羚羊大迁徙说起

最近在国内外媒体上报道的几则新闻引起我们的关注:一是中国空"芯"之忧:一年进口芯片总值远超石油。"2012年中国进口的集成电路芯片是1920亿美元,这一数字超过了进口石油的1200亿美元。"iSuppli半导体首席分析师顾文军对《第一财经日报》记者表示,高端芯片最为紧缺,其开发过程需要雄厚的研发基础、资本投资以及多年积累,而中国厂商在这几方面都还比较薄弱。二是美国卫星元件制造商违反ITAR(国际武器贸易条例)向中国转口抗辐射加固元器件而被罚800万美元。     

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。     

一种面向卫星应用的新型存储器和FPGA设计与实现

可靠性对在轨卫星的安全意义重大。由于空间环境辐射和单粒子效应,卫星系统多次发生在轨异常,对在轨卫星系统工作的连续性、稳定性和安全性造成了严重影响。文章针对卫星在轨空间环境和单粒子问题,提出一种基于铁电材料的高可靠、抗辐射的CPU和FPGA解决方案。一方面,设计了和通用接口兼容的新型铁电存储器,其抗辐射总剂量大于10000Krads（Si）,对单粒子效应几乎具有完全的免疫能力;另一方面,设计了基于铁电编程单元的新型FPGA,该FPGA不需要外部PROM,具有很好的经济性和应用前景。