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Senkung der Kosten von Raumfahrzeugavionik mit Strahlung-toleranter FELDBETT-Elektronik

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Das Ausfallrisiko für das Avionikausrüstungs-Bordraumfahrzeug wegen der Strahlenbelastung ist eine entscheidende Frage für Abschussrampen, Wiedereintrittskörper, Raumlebensräume und Satelliten. Bahnflugbahn einer Plattform und die Dauer seines Auftrags bestimmt die Menge von Aussetzung zu aufgefangener Strahlung und zu den Solar- und kosmischen Strahlenquellen. Die Gesamtauswirkung, dass diese Strahlung auf der Avionik-Hardware hat, wird durch eine komplexe Interaktion der Abschirmung, des Schaltplans, der Gerättechnologie und des Partikels bestimmt

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Die Herausforderung des Integrators ist, selbstverständlich machte auch schwieriger durch begrenzte Budgets. Das Problem ist, gegen Strahlenwirkungen beim Bleiben abzuschwächen im Rahmen der begrenzten Programmbudgets und ohne die Gesamtauftrag-Versicherungsanforderungen zu kompromittieren. Die guten Nachrichten sind, dass es ein neues Konzept gibt, an basiert, ein neuer Typ Rückwand, nannten die „intelligente Rückwand,“, die Integratoren ermöglicht, die vorhandenen, erschwinglichen kommerziellen ab Lager (FELDBETT) Elektronikbaugruppen in einer Raumstrahlungsumwelt zu benutzen, eine Annäherung, die genannt wird „Strahlungs-tolerante Raum FELDBETTEN.“ Zusätzlich zur schnelleren Zeit zur Entwicklung, umfasst der viele Nutzen dieser Spiel-ändernden Annäherung erheblich gesenkte Kosten für Entwicklung sowie der Entwurf, die Bescheinigung und die Fertigung von Raumavionik.

Das Ausfallrisiko für das Avionikausrüstungs-Bordraumfahrzeug wegen der Strahlenbelastung ist eine entscheidende Frage für Abschussrampen, Wiedereintrittskörper, Raumlebensräume und Satelliten. Bahnflugbahn einer Plattform und die Dauer seines Auftrags bestimmt die Menge von Aussetzung zu aufgefangener Strahlung und zu den Solar- und kosmischen Strahlenquellen. Die Gesamtauswirkung, dass diese Strahlung auf der Avionik-Hardware hat, wird durch eine komplexe Interaktion der Abschirmung, des Schaltplans, der Gerättechnologie und der Partikelenergiespektren bestimmt. Deshalb ist Strahlungstoleranz eins der Schlüsselkriterien, wenn Systemintegrierer die Avionik für ihr Raumfahrzeug vorwählen.

Ingenieure bei Boeing Company wählten Curtiss-Wright Defense Solutions vor, schroffe Daten-Behandlungsavionik für den Mannschafts-Raum-Transport (CST) - Raumfahrzeug 100 zu liefern. Die Ausrüstung erfasst Daten von den kritischen Fahrzeug-Sensoren, die durch Bordcomputer benutzt werden, um Entscheidungen während des Fluges des CST-100 zu treffen, das festgelegt wird, um Augenhöhleneinflüge dieses Jahr durchzumachen.

Raumstrahlung

Die Partikelstrahlungsumwelt, die Avionik-Hardware im Raum konfrontiert, besteht in hohem Grade Energieprotonen, Elektronen und aus schweren Ionen. Die zwei Hauptquellen dieser Strahlung sind der Sun und die galaktischen kosmischen Strahlungen. Während Strahlung auf Halbleiterbauelemente einwirkt, produziert sie Ionisierung. Diese Ionisierung erhöht die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials und schafft kleine Spitzen des elektrischen Stroms. Kumulativ diese Stromspitzen und Schaden an der Submikronniveau-Ursachenverminderung von den materiellen Eigenschaften bekannt als Gesamtdosis-Effekte (TDE). Ionisierung des Halbleitermaterials verursacht gewöhnlich sehr kleine Durchsickernstrom, die zu negative Spätfolgen führen können. Die Ansammlung von Strahlungsereignissen kann eine langsame Verminderung der Leistung einer Komponente, wie Schwellenspannungsverschiebung oder Abnahme an der Schaltverzögerung verursachen, und zu Teilausfall schließlich führen.

Einzelne Ereigniseffekte

Strahlungsereignisse können die vorübergehenden oder dauerhaften Störungen zur Funktion eines Gerätes ergeben, die Phänomene, die als ein einzelne Ereignis-Effekte bekannt sind (SEHEN Sie). Im Laufe der Jahre während die Dichte von IC sich erhöht hat, ist die Größe von grundlegenden Halbleiterstrukturen zum Niveau geschrumpft, in dem eine unechte Stromspitze, die durch einen einzelnen Strahlungspartikel produziert wird, herein resultieren kann sieht fähiges zum Stören der Operation des Stromkreises. Zwei Arten von SEE sind zu schützender Raumfahrzeugavionik am relevantesten:

Einzelnes Ereignis-Umkippen (SEU) - tritt auf, wenn ein strahlungsinduzierter Strom ein Zweikanalgerät veranlaßt, seinen Zustand zu ändern. Dieses ergibt einen vorübergehenden Fehler im Gerätertrag oder in seiner Operation und gekennzeichnet allgemein als „Minoritätsfehler“. Im Falle eines SEU wird das Gerät nicht geschädigt und wird richtig in der Zukunft arbeiten, aber die Daten, die durch das Gerät verarbeitet werden, können verdorben werden.

Einzelne Ereignis-Sperrung (SEL) - tritt auf, wenn ein strahlungsinduzierter Strom eine parasitäre Struktur (z.B. Transistor) aktiviert, die einen unerwünschten niederohmigen Weg in der Halbleiterstruktur bildet. Sie stört das richtige Arbeiten des Stromkreises und wenn sie nicht korrigiert wird, kann zu seine Zerstörung vielleicht sogar führen wegen des Überstromes. Der Stromkreis bleibt gewöhnlich oben bis wird angetrieben weg verriegelt und danach setzt möglicherweise er Funktion richtig fort.

Raum FELDBETTEN nähern sich

Die Niedrigrisikomethode, zum des Strahlungsschadens zu verhindern ist der Gebrauch von verhärteten Komponenten während des Systemdesigns. Jedoch, gibt es Nachteile zu dieser Annäherung, das bedeutendste Sein die Kosten und die Zeit, die mit der Gerätverhärtung verbunden sind. Was mehr ist, gibt es keine Garantie, dass der Entwurf die Grundanforderungen erfüllt. Am anderen Ende des Risikos ist das Spektrum die Kauf-und-Fliegenannäherung, in der ein Raumfahrzeugavionikdesigner entscheidet, ein System von den FELDBETT-Handelskomponenten, die das Funktions und treffen von anderen Umgebungsbedingungen des Auftrags (Erschütterung, Schock, Temperatur, etc.) zu errichten.

Für einige Designer die niedrigen Kosten und die Zuverlässigkeit dieser Annäherung, angenommen, die meisten Handelskomponenten zu einigen Krad (ein Rad, eine Einheit der absorbierten Strahlendosis ist), wert ist das hohe Risiko Strahlung-tolerant sind, dass das eingesetzte System nicht fortfährt, in einer Raumstrahlungsumwelt für einen bestimmten Zeitraum zu arbeiten. Ein neues Konzept, für die Abschwächung gegen SEUs und SELs, nannte Raum Radiation Tolerant FELDBETTEN, Lügen zwischen diesen Extrema mit zwei Risiken und stellt die Zuverlässigkeits- und Auftragversicherungsanforderungen des Systems beim Respektieren der der und Zeitplanbenötigten haushaltsmittel des Programms Beschränkungen sicher.

Um gegen SEUs und SELs abzuschwächen, hat Curtiss-Wright die intelligenten Rückwandfahrgestelle, schroffen 12 Benutzerschlitzfahrgestelle für Datenerfassung in einer Strahlung-intensiven Umwelt entworfen. Basiert auf dem Acra KAM-500, ermöglicht eine modulare schroffe Datenerfassungseinheit (DAU) und das Aufnahmesystem, das im Flug für Versuchsmarkt des Gebrauches, die intelligente Rückwand bestimmt ist, dem Gebrauch der FELDBETT-Datenerfassungs-Steckverbindungsmodule bei gleichzeitig der Hinderung gegen die schädlichen Wirkungen der ionisierenden Strahlung. Das DAU funktioniert als Sammlung von synchronisiertem FPGA basierte Zustandsmaschinen. Einmal pro Erwerbszyklus, wird RAM erneuert. Deshalb werden jedes mögliches SEUs, das in RAM auftreten, innerhalb eines Erwerbszyklusmal überschrieben. Eine Erwerbszykluszeit kann überall von 100 Mikrosekunden bis 2 Sekunden in der Länge sein.

Das Ausfallrisiko für das Avionikausrüstungs-Bordraumfahrzeug wegen der Strahlenbelastung ist eine entscheidende Frage für Abschussrampen, Wiedereintrittskörper, Raumlebensräume und Satelliten. Bahnflugbahn einer Plattform und die Dauer seines Auftrags bestimmt die Menge von Aussetzung zu aufgefangener Strahlung und zu den Solar- und kosmischen Strahlenquellen. Die Gesamtauswirkung, dass diese Strahlung auf der Avionik-Hardware hat, wird durch eine komplexe Interaktion der Abschirmung, des Schaltplans, der Gerättechnologie und der Partikelenergiespektren bestimmt. Deshalb ist Strahlungstoleranz eins der Schlüsselkriterien, wenn Systemintegrierer die Avionik für ihr Raumfahrzeug vorwählen.

Intelligente Rückwandentwurfserwägungen

Die Rückwand der Raum FELDBETT-Fahrgestelle basiert auf einem robusten Entwurf, der Anfälligkeit entweder zu SEUs oder zu SELs verringert. Diese Rückwand ist das einzige Teil des Systems, in dem Komponenten „der Strahlung stark“ benutzt werden. Die Einsteck-FELDBETT-Module, die im System benutzt werden, werden hergestellt, mit Handelskomponenten aber werden durch die Strahlung verhärtete intelligente Rückwand geschützt. Die intelligente Rückwand kann ein SEL-Ereignis auf einem der Module in Realzeit ermitteln und korrekt für dieses Ereignis, bevor jeder möglicher Schaden erfolgt sein kann, normale Datenerfassung dadurch wird sicherstellen ohne Teilschaden und mit minimalem Datenverlust wieder aufgenommen. Das System erholt dann sich von SEHEN, und Normalbetrieb des gesamten Datenbehandlungssubsystems ist uncompromised. Das Durchbruchkonzept hinter dem Systemdesign ist das, anstatt zu suchen, Strahlungsereignisse zu verhindern, ermittelt es stattdessen schnell und korrigiert dann für diese Ereignisse in der Realzeit, als sie, ohne Schaden der Ausrüstung und am wichtigsten geschehen, garantiert sie, dass die Auftragversicherung, die Sicherheit und die Zuverlässigkeitsanforderungen genügt werden.

Der intelligenten Entwurf der Rückwand ermöglicht dem Gebrauch der Standardeinsteck-FELDBETT-Module in einer Raumumwelt ohne den Bedarf an jenen Modulen, unter Verwendung der Strahlung-verhärteten Komponenten errichtet zu werden. Dieses setzt die Kosten des Gesamtsystems herab und ermöglicht dem Raumsystemprogrammierer, über 100 Steckverbindungsmodulen wirksam einzusetzen, die bereits für Datenerfassung in der Flugzeugflugprüfung bestimmt sind.

Der globale Raumsektor schaut, um von dem preiswerteren des Zutreffens der FELDBETT-Elektronikausrüstung überhaupt in fordernderer Raumstrahlungsumwelt und in zunehmenden Niveaus der Auftragkritikalität zu profitieren. Einige Ansätze sind für Konstruktionssysteme verfügbar, die die Effekte der Raumstrahlung überleben können. Völlig erbringen Strahlung verhärtete Entwürfe den meisten Schutz, aber sie sind auch die teuerste Wahl. Die intelligenten Rückwandfahrgestelle erlauben den Gebrauch der leistungsstarken FELDBETT-Datenerfassungsbenutzermodule in den Strahlung-intensiven Raumanwendungen und senken die Kosten solch eines Systems durch bis 75 Prozent beim die Auftragzuverlässigkeitsbedingungen und den Verlust von den Telemetriedaten herabsetzen wegen der Strahlungsereignisse zu weniger als 2 Prozent für eine typische niedrige Anwendung der Umlaufbahn der Erde (LÖWE) noch erfüllen.

Das Ausfallrisiko für das Avionikausrüstungs-Bordraumfahrzeug wegen der Strahlenbelastung ist eine entscheidende Frage für Abschussrampen, Wiedereintrittskörper, Raumlebensräume und Satelliten. Bahnflugbahn einer Plattform und die Dauer seines Auftrags bestimmt die Menge von Aussetzung zu aufgefangener Strahlung und zu den Solar- und kosmischen Strahlenquellen. Die Gesamtauswirkung, dass diese Strahlung auf der Avionik-Hardware hat, wird durch eine komplexe Interaktion der Abschirmung, des Schaltplans, der Gerättechnologie und der Partikelenergiespektren bestimmt. Deshalb ist Strahlungstoleranz eins der Schlüsselkriterien, wenn Systemintegrierer die Avionik für ihr Raumfahrzeug vorwählen. Das Strahlung-tolerante intelligente Datenerfassungssystem der Rückwand KAM-500 ist bereits für Entwicklung Raumfahrzeug-Avioniksystemen des Auftrags in den kritischen für die bemannten und unbemannten Wiedereintrittskörper sowie die Abschussrampenoberstufen vorgewählt worden und wird für das Instrumentierungssystem auf zukünftigen planetarischen Wiedereintrittskörpern und als die Basis für die preiswerten, Feldbett-ansässigen kleinen Satellitenavioniksysteme betrachtet.