由于空间辐射环境中带电粒子成分、能量和通量多样性,且航天型号所用电子元器件种类繁多,因此空间辐射粒子与宇航用元器件相互作用,形成各种空间辐射效应。在航天器的设计过程中,形成了多种的防护方案或措施。
电子系统抗辐射加固归纳起来有两种途径,一是通过元器件的设计、工艺、材料等进行器件抗辐射加固,生产出具有较高抗辐射能力的器件;由于其设计结构、工艺条件可能均与未加固器件不同,导致加固器件性能、价格与未加固器件有一定差异。二是在器件使用过程中,采取抗辐射加固措施,使各种辐射效应及其影响减至最小,即应用抗辐射加固。
1、总剂量效应系统防护
总剂量辐射防护主要依据随着屏蔽质量面密度的增加,辐射总剂量呈下降趋势的原理,在局部范围内附加一层屏蔽材料(如钽等),或通过设备内部布局优化调整等方法,使该敏感区域的空间辐射屏蔽得到局部增强,以降低敏感区域内电子器件的辐射总剂量水平。同时,采用容差设计也可适当提高整个电子系统的在电离辐射环境下的适应性。
2、单粒子效应系统防护
航天电子系统的单粒子效应防护设计目标一是保证系统不因单粒子效应导致任务失败(即系统的可用性),二是在单粒子效应影响下满足航天器对工程或有效载荷数据完整性的要求。可从器件选用、电路设计、整机设计三个层面上进行防护设计,通常采用硬件、软件、容错技术等多种方式来进行防护设计。
选用具有抗单粒子效应加固能力的器件,可以从根本上大幅度提高航天电子系统的单粒子效应防护能力。但由于如SOI或SOS工艺器件不存在单粒子闩锁效应。虽然采用单粒子效应加固器件进行单粒子效应防护,可以取得良好的防护效果,但是,抗单粒子效应加固器件的价格非常昂贵,而且器件类型有限。因此,只采用抗单粒子效应加固器件不能满足型号工程的需求。目前已发展的了多种单粒子效应防护措施,如硬件设置检错纠错功能块、设置硬件计数器、软件的指令重启、三取二表决等多种方法。 |