面向单粒子效应的航天嵌入式软件软防护技术研究

单粒子效应是影响航天器可靠性和在轨寿命的重要因素。单粒子效应引发的可恢复性错误称为软错误,会导致软件运行出错。本文针对单粒子效应引发的软错误,对航天嵌入式软件中采用的软防护技术,按照控制流防护和数据流防护进行了分类分析和总结。     

机载电子设备大气中子单粒子效应脉冲激光实验方法研究

大气中子诱发的单粒子效应（NSEE）危害机载电子设备的可靠性安全性,而其作用机理、传播机制与空间SEE有所不同,且缺乏系统级实验研究和具体分析技术。文章对比常规机载电子设备NSEE实验手段,鉴于激光技术具有可精确分辨SEE时空特性、能量连续可调、无放射性、无须抽真空、操作便捷、实验效率高、成本低等特点,探讨脉冲激光实验的阈值等效评估技术、器件敏感功能单元定位技术和故障注入技术;针对电源转换电路关键器件进行失效验证,快速获取了器件—电路—系统的故障特征,包括故障传递模式和阈值条件,为机载电子设备的系统级失效分析提供了有效输入,并期指导机载电子设备抗大气中子单粒子效应的研究、防护设计和验证评价。     

航天器在轨故障与空间环境的关系

空间环境对航天器的在轨工作性能和可靠性有很大影响,文章就近几年发生的航天器在轨故障情况作了介绍,对一些故障事例进行了分析.同时指出了加强空间环境及其效应研究的重要性和需采取的对策.     

SRAM单元的单粒子效应三维敏感区形状参数模拟仿真方法

为揭示静态随机存储器（SRAM）辐射效应以及内部电荷收集变化规律,从而为器件辐射效应及加固提供有效的仿真数据支撑,针对器件在轨单粒子翻转（SEU）,提出一种SRAM单元的三维敏感区形状参数模拟仿真方法。首先通过器件级和电路级仿真相结合的手段,利用计算机辅助设计（TCAD）构建三维模型;然后通过仿真获得重离子从不同方向入射后的单粒子瞬态电流,将此电流作为故障注入到65 nm SRAM单元的电路级模型中仿真SEU;最终得到65 nm SRAM单元的单粒子效应（SEE）三维敏感区形状参数。     

卫星充放电效应对典型星载电子设备影响的实验研究

充放电效应是导致卫星在轨异常与故障的重要原因。除太阳电池阵二次放电外,充放电效应主要通过放电产生的电磁干扰造成设备异常和故障。文章选用典型的星载光学设备,实验模拟中高轨环境中电子作用在设备上产生的表面与深层充放电效应,获得了表面和深层充放电效应的基本特征,观测到放电导致设备工作异常的实验数据。实验结果不仅支持该典型星载光学设备的充放电效应防护设计,对于其他星载设备的充放电效应防护设计亦有一定借鉴意义。     

NASA空间环境及效应(SEE)计划进展

文章介绍了NASA在1993年提出的空间环境及效应(下称SEE)计划,其目的是明确空间环境的定义,为设计、研制能适应严酷空间环境效应的航天器系统并使其正常运行提供技术支持.该计划包括认识空间环境、飞行试验和地面试验技术的优化、更新空间环境及其效应的预测模型、保存信息并将之纳入航天器的设计流程等方面.文章描述了SEE计划目前已取得的成就和未来的打算.     

PWM型电压调节器单粒子效应及加固技术研究

机理分析和地面重离子试验显示,受高能粒子影响,脉宽调制型（Pulse\|Width Modulation,PWM）电压调节器容易产生单粒子瞬态（Single Event Transient,SET）和功能失效。文章分析了可能产生上述异常的原因,提出了一些抗单粒子效应改进设计建议,最后给出了一种基于器件冗余的系统级SEE防护设计方案,在实验室环境下模拟验证了此方案对单粒子效应防护的有效性。该方案可以为有关航天电子设备设计提供参考。
     

航天器空间环境及效应监测数据集成化管理与处理系统

空间环境与效应监测数据集成化管理与快速处理是保证航天器在轨安全的重要依据。文章基于航天器空间环境与效应监测数据管理与处理系统的功能要求,给出了系统的组成、架构和数据处理流程。该系统集成了航天器空间环境与效应监测数据的管理、处理、综合分析、参数标定和可视化显示功能,能够实现电子、质子、总剂量、原子氧、温度、表面电位、污染等环境与效应在轨数据的瞬时参数（通量、剂量率、温度变化率、表面电位变化率、污染沉积率）和累积参数（注量、电离总剂量、温度、表面电位、总污染量）的监显,为航天器的在轨健康实时监测、风险快速预报预警提供重要支撑。     

质子单粒子效应引发卫星典型轨道下SRAM在轨错误率分析

利用中国原子能科学研究院100 Me V质子回旋加速器(CY CIAE-100)的单粒子效应辐照装置,测量了典型静态随机存储器(SRAM)的质子单粒子翻转截面;利用Space Radiation 7.0软件计算了卫星搭载该器件在典型轨道条件下运行的在轨错误率;同时研究了航天器在不同轨道高度、轨道倾角和屏蔽条件下对质子单粒子效应引发的在轨错误率的影响。计算结果表明:航天器运行于地球同步轨道高度及以下时,质子单粒子效应引发的在轨错误率均高于重离子的,最高可相差3个数量级左右。     

航天器空间辐射效应分析技术现状与思考

文章梳理了面向航天器总体设计的空间辐射效应分析技术现状,重点归纳了航天器空间辐射效应分析中需关注的总剂量效应、位移损伤效应、单粒子效应分析的要素、分析方法及软件工具,并结合近年来国际上空间辐射环境模型的最新进展,就辐射环境动态变化认知、在轨辐射风险表征、陌生轨道区域辐射环境影响分析等方面提出国内空间辐射效应分析技术的不足及后续发展建议。     

一种航天器空间环境效应仿真分析软件架构

航天器空间环境效应仿真分析是航天器系统设计分析的重要组成部分。文章对国内外空间环境效应仿真分析软件进行调研总结,指出我国目前尚无系统级空间环境效应仿真分析软件;给出空间环境效应分析的基本流程和软件的基本功能;提出一种七层软件架构;最后介绍了基于该架构实现的微流星体撞击通量计算原型系统及其计算结果。     

空间辐射环境单粒子效应研究

文章介绍了空间辐射环境对航天器电子元器件产生的单粒子效应的国内外研究情况,从环境模拟方法、模拟试验设备、单粒子效应及防护以及飞行试验等方面进行了分析比较。文章对国内研究发展提出了一些建设性的建议。     

Precise modelling of solar and thermal accelerations on Rosetta

This paper presents an analytical approach for the high-fidelity model of the accelerations induced by the Solar Radiation Pressure (SRP) and the Thermal Recoil Pressure (TRP) on ESA’s Rosetta spacecraft. The relevant gravitational forces that are induced by planets, moons, and asteroids can readily be incorporated for predicting interplanetary trajectories. However, there are additional perturbation forces that cause residual errors in the orbit determination process. These are the so-called “small forces”, which are mainly induced by the SRP and TRP effects and are often not modelled adequately or not completely. In the case of deep-space missions, the spacecraft travels a wide range of distances relative to the Sun. This makes the spacecraft exposed to a wide range of solar fluxes and surface temperatures. This paper establishes a high-fidelity acceleration model, which enables more precise orbit predictions for interplanetary spacecraft. The application of the model is demonstrated and validated using the orbit determination data and in-flight temperature data of the Rosetta spacecraft.     

脉冲等离子体源控制航天器表面充电电位的研究

在空间环境运行的航天器存在表面充电现象,而航天器表面充电引发的静电放电是导致航天器异常及故障的重要原因之一。因此,在航天器设计和应用中,必须对航天器表面电位采取必要的控制和防护措施。文章介绍了用脉冲等离子体源进行航天器表面充电电位主动控制的研究。通过模拟实验和实验数据分析,证实了用脉冲等离子体源能有效地控制航天器表面充...     

Rosetta enters hibernation

The International Rosetta Mission was launched on 2nd March 2004 on its 10 years journey to comet 67P/Churyumov–Gerasimenko. Rosetta will reach the comet in 2014, orbit it for about 1.5 years down to distances of a few kilometres and deliver the Lander Philae onto its surface.Following the fly-by of Asteroid (21-)Lutetia in 2010, Rosetta continued its travel towards the planned comet encounter in 2014. In this phase Rosetta became the solar-powered spacecraft that reached the largest Sun distances in history of spaceflight, up to an aphelion at 5.3 AU in October 2012. At distances above 4.5 AU the spacecraft's solar generator power is not sufficient to keep all spacecraft systems active. Therefore in June 2011 the spacecraft was spun up to provide gyroscopic stabilisation, and most of its on-board units, including those used for attitude control and communications, were switched off. Over this “hibernation” phase of about 2.5 years the spacecraft will keep a minimum of autonomy active to ensure maintenance of safe thermal conditions.After Lutetia fly-by, flight controllers had to tackle two anomalies that had significant impacts on the mission operations. A leak in the reaction control subsystem was confirmed and led to the re-definition of the operational strategy to perform the comet rendezvous manoeuvres planned for 2011 and 2014. Anomalous jumps detected in the estimated friction torque of two of the four reaction wheels used for attitude control forced the rapid adoption of measures to slow down the wheels degradation. This included in-flight re-lubrication activities and changes in the wheels operational speed regime.Once the troubleshooting of the two anomalies was completed, and the related operational scenarios were implemented, the first large (790 m/s) comet rendezvous manoeuvre was executed, split into several long burns in January and February 2011. The second burn was unexpectedly interrupted due to the anomalous behaviour of two thrusters, causing attitude off-pointing. Flight controllers modified the thrusters operation parameters in the on-board software and managed to re-start the sequence of burns and successfully complete the manoeuvre. After the manoeuvre, preparation for the critical spin-up and hibernation entry activities, planned for June 2011, began.This paper presents the activities carried out on Rosetta in the final year before hibernation entry. The major anomalies and the related troubleshooting and workaround solutions are detailed. Lessons learned from the operation of the first spacecraft operating with solar power at Jupiter-like distances from the Sun are presented and discussed.     

航天器热平衡试验方法国内外标准比较分析

航天器环境试验中的热平衡试验是航天器研制过程中必不可少的试验项目和重要程序。GB/T 34515—2017《航天器热平衡试验方法》的编制借鉴国外航天器环境试验最新技术成果,同时将国内航天器热平衡试验工程经验加以总结和提炼,涵盖各试验单位在实践中普遍运用的试验方法,标准条款具有较强的实用性。文章将该标准与相关的国外标准进行对比分析,明确国内外标准的异同,以期为该标准的实施应用和推广提供参考。     

多航天器反步滑模SO(3)协同控制

针对多航天器系统的姿态协同控制问题，基于特殊正交群(Special Orthogonal Group, SO(3))提出了滑模协同控制设计方法。结合有向通信拓扑，建立了多航天器SO(3)姿态模型。在此基础上研究了SO(3)上协同误差形式，提出了适用于协同控制器构造的SO(3)指令设计方法。为了解决姿态奇异问题，根据SO(3)姿态特性引入补偿项并设计了相应的滑模面，进一步采用反步法完成了SO(3)协同控制器设计，同时给出稳定性分析过程。提出的反步滑模方法保证了协同控制器在整个姿态空间内的适用性，使得多航天器系统能够实现稳定的姿态协同。文中采用两组多航天器系统仿真校验了所提协同方法的有效性。     

归因于空间环境的航天器故障与异常

天然空间环境对航天器设计、研制和运行的影响是NASA马歇尔空间飞行中心系统分析和集成实验室电磁与航空宇宙环境部组织编写的一系列NASA RP报告的主题.其中,NASA RP-1390详细概述了天然空间环境7个主要环境因素,包括它们的简单定义、相关的型号计划事项以及对各种航天器分系统的影响.该报告提供100多个从1974...     

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。