Оценка и анализ влияния ионизирующего излучения на функционирование бортовой радиоэлектронной аппаратуры наноспутника


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Приводятся результаты расчёта по исследованию влияния ионизирующего, тормозного излучений на функционирование наноспутника, полученные при выполнении проекта
0777-2020-0018 в 2020 г. Приводится сравнительный анализ результатов расчёта удельных ионизационных, радиационных потерь энергии протонов (от 0,1 до 400 МэВ) и электронов
(от 0,04 до 7 МэВ), а также их длины пробега в алюминии, полученные по формулам различных авторов, а также из базы данных материалов Национального института стандартов и технологий. По результатам анализа вычисляется годовая доза в алюминиевой конструкции наноспутника SamSat – ION, находящейся на круговой солнечно-синхронной орбите (ССО).      В основе всех расчётов используются данные энергетических спектров протонов и электронов ССО, приведённые в информационной системе Spenvis (Европейское космическое агентство). Получены результаты расчёта интегральных потоков в алюминии при воздействии протонов и электронов круговой ССО для различных толщин, показана доля прошедших частиц в приближении однослойной стопы. Проведена оценка радиационной стойкости радиоэлектронных элементов ISL70321SEH, ISL73321SEH и Virtex-4QV, Virtex-5QV, входящих в состав блоков радиоэлектронной аппаратуры SamSat – ION и её возможности функционирования в течение года.

Об авторах

С. В. Цаплин

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: tsaplin56@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1689-0744

кандидат физико-математических наук, заведующий межкафедральной учебно-научной лабораторией «Взаимодействие излучения с веществом и радиационной стойкости материалов»

Россия

С. А. Болычев

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: bolychevsa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9471-6282

ведущий инженер-программист межкафедральной учебно-научной лаборатории «Взаимодействие излучения с веществом и радиационной стойкости материалов»

Россия

Список литературы

  1. Кузнецов Н.В., Панасюк М.И. Космическая радиация и прогнозирование сбое- и отказоустойчивости интегральных микросхем в бортовой аппаратуре космического аппарата // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2001. Вып. 1-2. С. 3-8.
  2. Гулько О.Е. Механизмы отказов КМОП ИС при воздействии ионизирующих частиц космического излучения // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2005. Вып. 1-2. С. 80-83.
  3. Анашин В.С., Алексеев И.И., Бодин В.В., Герасимов В.Ф., Головко А.В., Давыдов В.А., Дикая Н.Ю., Зинченко В.Ф., Ишутин И.О., Кузнецов Н.В., Макаров Ю.Н., Михайлов М.А., Нагаев К.Д., Николаева Н.И., Ныммик Р.А., Осипенко П.Н., Панасюк М.И., Першенков В.С., Протопопов Г.А., Райкунов Г.Г., Соболев С.А., Таперо К.И., Ужегов В.М., Улимов В.Н., Хаустов В.В., Чубунов П.А., Шиванов А.В., Юшков Б.Ю., Яковлев М.В. Ионизирующие излучения космического пространства и их воздействие на бортовую аппаратуру космических аппаратов. М.: Физматлит, 2013. 256 с.
  4. Цаплин С.В., Тюлевин С.В., Пиганов М.Н., Болычев С.А. Исследование свойств радиоэлектронных элементов при воздействии ионизационного потока: учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского университета, 2018. 180 с.
  5. ОСТ 134-1034-2003. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование космических аппаратов. Методы испытаний и оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электронного и протонного излучений космического пространства по дозовым эффектам. М.: ЦНИИ машиностроения, 2003. 43 с.
  6. РД 134-0139-2005. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование космических аппаратов. Методы оценки стойкости к воздействию заряженных частиц космического пространства по одиночным сбоям и отказам. М.: ЦНИИ машиностроения, 2005. 74 с.
  7. РД В 319.03.39-2000. Изделия электронной техники. Контроль и прогнозирование безопасности в условиях длительного совместного воздействия низкоинтенсивных ионизирующих излучений и термотоковых нагрузок по результатам ускоренных испытаний. М.: ТК по военной стандартизации № 319 МО РФ, 2000. 39 с.
  8. РД 11 1003-2000. Изделия полупроводниковой электроники. Метод прогнозирования надёжности в условиях низкоинтенсивного ионизирующего облучения. СПб.: РНИИ «Электронстандарт», 2000. 27 с.
  9. Лишневский А.Э., Бенгин В.В. Методика краткосрочного прогноза динамики накопления поглощённой дозы на международной космической станции по данным системы радиационного контроля // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2013. № 5 (21). С. 54-59.
  10. Зебров Г.И. Моделирование дозовых и одиночных радиационных эффектов в кремниевых микро- и наноэлектронных структурах для цепей проектирования и прогнозирования. Дис. … доктора техн. наук. Москва, 2009. 156 с.
  11. Лукъященко В.И., Ужегов В.М., Яковлев М.В., Борисов Ю.А., Улимов В.Н., Зинченко В.Ф., Жуков Ю.Н., Герасимов В.Ф., Хаустов В.В. Методы испытаний и оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов с длительными сроками активного существования к воздействию ионизирующих излучений космического пространства // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2001. Вып. 3-4. С. 81-87.
  12. Акимов А.А., Гриценко А.А., Юрьев Р.Н. Солнечно-синхронные орбиты – основные возможности и перспективы // Инфосфера. 2015. № 68. С. 31-33.
  13. Таперо К.И., Диденко С.И. Основы радиационной стойкости изделий электронной техники: радиационные эффекты в изделиях электронной техники: учебное пособие. М.: Изд. Дом МИСиС, 2013. 349 с.
  14. Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 304 с.
  15. Лукьященко В.И., Ужегов В.М., Яковлев М.В., Кувшинников В.М., Михайлов М.А., Шиванов А.В., Гецелев И.В., Кузнецов Н.В., Ныммик Р.А., Зинченко В.Ф., Улимов В.Н. Радиационные условия на борту космических аппаратов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2004. Вып. 1-2. С. 3-16.
  16. Демидов А.А. Исследования радиационной стойкости субмикронных КМОП СБИС на КНИ-структурах // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем – Стойкость-2004». Вып. 7. М.: МИФИ, 2004. С. 77-78.
  17. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных микросхемах. М.: Энергоатоиздат, 1989. 252 с.
  18. Вологдин Э.Н., Лысенко А.П. Радиационные эффекты в некоторых классах полупроводниковых приборов: учебное пособие. М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2001. 70 с.
  19. Вологдин Э.Н., Лысенко А.П. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах и методы испытаний изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость: учебное пособие. М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2002. 46 с.
  20. Информационная система Spenvis Европейского космического агентства. https://www.spenvis.oma.be
  21. Безродных Е.И., Казанцев С.Г., Семенов В.Т. Радиационные условия на солнечно-синхронных орбитах в период максимума солнечной активности // Вопросы электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. 2010. Т. 116, № 3. С. 23-26.
  22. Беспалов В.И. Лекции по радиационной защите: учебное пособие. Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2017. 695 с.
  23. Павленко В.И., Едаменко О.Д., Черкашина Н.И., Носков А.В. Суммарные потери энергии релятивистского электрона при прохождении через полимерный композиционный материал // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 4. С. 101-106. doi: 10.7868/S0207352814040180
  24. Бяков В.М., Степанов С.В., Магомедбеков Э.П. Начала радиационной химии: учебное пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. 166 с.
  25. Бекман И.Н. Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующее излучение: учебник для бакалавриата и магистратуры. М.: Юрайт, 2017. 398 с.
  26. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. Книга 1. Физика атомного ядра. М.: Энергоатомиздат, 1993. 376 с.
  27. National Institute of Standards and Technology. The PSTAR program. https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/PSTAR.html
  28. Жуковский М.Е., Скачков М.В. О статистических методах переноса электронов в веществе // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». 2009. № 1 (32). С. 31-46.
  29. РД 50-25645.216-90. Методические указания. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Метод расчёта распределения поглощённой и эквивалентной доз космических излучений по толщине материалов на внешней поверхности космического аппарата на орбитах, проходящих через ЕРПЗ. М.: Издательство стандартов, 1990. 10 с.
  30. Хасаншин Р.Х., Новиков Л.С. Изменение спектра пропускания стекла марки К-208 под действием ионизирующих излучений и молекулярных потоков // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 7. С. 83-87. doi: 10.7868/S0207352814070099
  31. Thompson S., Alavi M., Hussein M., Jacob P., Kenyon C., Moon P., Prince M., SivakumarS., Tyagi S., Bohr M. 130nm logic technology featuring 60nm transistors, low-k dielectrics, and Cu interconnect // Intel Technology Journal. 2002. V. 6, Iss. 2. P. 5-13.
  32. Radiation hardened quad power supply sequencers. ISL70321SEH, ISL73321SEH. https://www.renesas.com/us/en/document/dst/isl70321seh-isl73321seh-datasheet
  33. Space-grade Virtex-5QV FPGA. https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-5qv.html
  34. Radiation-hardened FPGA for defense and aerospace application. https://www.xilinx.com/
  35. Зебрев Г.И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. 148 с.
  36. Новое семейство радиационно-стойких микросхем от XILINX. https://www.macrogroup.ru/news/2014/140
  37. Schmidt F.H.Jr. Fault tolerant design implementation on radiation hardened by design SRAM-based FPGAs. S.M. Thesis. Massachusetts Institute of Technology, Boston, 2013. 204 p.
  38. Белоус А.И., Солодуха В.А., Шведов С.В. Космическая электроника. Книга 2. М.: Техносфера, 2015. 488 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах