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我研究室人员初步揭示空间充放电诱发星用电路“非单粒子软错误”的机制
发布日期:2021-11-04 09:14:01

 国内外大量的空间飞行实践发现,空间环境通过单粒子(SEE)和充放电(SESD)两种方式导致了较多的航天器故障,并且均主要为星用电子设备出现数据或逻辑状态跳变、工作模式非受控切换、执行机构操作异常等可恢复性“软错误”故障,如欧洲的TELECOM系列通信卫星、美国的S-NPP卫星、国内的“地球空间探测双星”、某型号试验星等。但是长期以来,学术界和工程界将此二者分割开来研究与应用,不了解二者诱发航天器故障宏观现象上的关联与区别,更不清楚二者微观作用机制上的异同,即对二者的认识是混淆不清的,将大量的此类“软错误”故障简单地归为单粒子所致。这种现状对数量较多既遭受单粒子又遭受充放电作用的中高轨航天器造成重大隐患,如何及时正确诊断在轨由空间环境诱发故障的原因,如何全面准确评估研发中的航天器面临的两类“似同非同”的空间环境风险,又如何针对此两类空间环境危害进行无死角的综合防护设计,均是困惑国内外航天界的重大难题。

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1. 空间环境通过不同方式诱发在轨卫星故障的比例


    国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术院重点实验室陈睿副研究员、韩建伟研究员团队以典型星用SRAM存储电路和运放线性电路为例,首次研究揭示了单粒子和充放电两种空间辐射效应导致星用电路“软错误”的特征规律、敏感区域以及损伤机制的关联性与区别,为全面厘清二者诱发星用电子器件错误和设备故障的异同规律及机理、建立全面评估风险、正确防护设计和准确诊断在轨故障的技术方法提供重要参考和理论支持。


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2. SEESESD作用SRAM电路(上)和运放电路(下)的原理过程

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3. SEE(上)和SESD(下)作用致SRAM错误数与错误类型

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4.SRAM(左)和运放(右)的辐射薄弱区域: SEE敏感区域(上)和SESD敏感区域(下)

 

    该研究得到国家自然基金青年和面上课题、以及中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室基金课题资助。相关成果发表于空间抗辐照领域国际顶刊IEEE Transactions on Device and Materials Reliability[1]Electronics[2]

[1] Chen R, Chen L , Han J W , et al. Comparative Study on the Transients Induced by Single Event Effect and Space Electrostatic Discharge[J]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2019, PP (99):1-1.

[2] Chen R, Chen L, Han J W, et al. Comparative Study on the "Soft Errors" Induced by Single-Event Effect and Space Electrostatic Discharge [J]. Electronics, 2021, 10(7):802.


论文链接:

[1] https://ieeexplore.ieee.org/document/8889730

[2] https://www.mdpi.com/2079-9292/10/7/802/htm