ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ И НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ ИСПЫТАНИЙ СТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ В УСЛОВИЯХ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
(ФГУП "Научно-исследовательский институт
космического приборостроения")
В работе рассмотрены проблемы обеспечения комплектации радиоэлектронной аппаратуры современных спутниковых систем электронной компонентной базой, стойкой к ионизирующим излучениям космического пространства (получившей термин "Электронная компонентная база для космических применений").
На протяжении последних лет все более остро встает проблема обеспечения комплектации радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) современных спутниковых систем, характеризующихся резким расширением объема функций, реализуемых в течение кардинально увеличенного (до 10 – 15 и более лет) срока активного существования (САС).
Впервые в России был введен термин "электронная компонентная база (ЭКБ) для космических применений (КП)" и сформулированы основные технические требования к ней, определяющим из которых выступает стойкость к ионизирующим излучениям космического пространства (ИИ КП). ИИ КП являются главенствующим естественным фактором, ограничивающим САС космических аппаратов (КА), проявляющимся в параметрических функциональных отказах и сбоях, которые принято разделять на дозовые и одиночные эффекты (последних существует 7 типов). На их долю суммарно приходится до 50% квалифицированных отказов, хотя реально этот процент выше из-за стимуляции возникновения других видов отказов, и, в первую очередь, электростатических.
Сформулированы основные принципы обеспечения испытаний стойкости ЭКБ, учитывающие как ранее принятые решения о создании межотраслевого центра испытаний ЭКБ на стойкость ко всем видам воздействий, так и отраслевую специфику Роскосмоса.
К этим принципам можно отнести:
- использование в межотраслевом испытательном центре всех доступных установок, моделирующих воздействие ионизирующего излучения космического пространства, вне зависимости от ведомственной принадлежности;
- функционирование отраслевой испытательной лаборатории (испытательного центра) Роскосмоса в качестве функционального элемента межотраслевого испытательного центра;
- обеспечение единства подхода к метрологической аттестации испытательного и измерительного оборудования;
- аккредитация в Федеральной системе сертификации космической техники всех испытательных лабораторий, использование только гармонизированных и согласованных с Роскосмосом методов испытаний;
- реализация комплексного подхода к обеспечению испытаний – одновременное создание аппаратных средств и комплекса отраслевого нормативно-методического и программного обеспечения.
Основные направления работ в части контроля стойкости ЭКБ включают:
• создание межотраслевого испытательного центра ЭКБ (разработка и согласование Положения, структуры, функциональных обязанностей и т. п.), в том числе создание и совершенствование отраслевой испытательной лаборатории Роскосмоса, базирующихся на :
− испытательных стендах (ИС) контроля одиночных эффектов (7 типов) в цифровых, аналоговых, аналого-цифровых и цифро-аналоговых интегральных схемах;
− испытательных стендах контроля, в т. ч. неразрушающего, индивидуальных (групповых) характеристик дозовой стойкости интегральных схем;
− испытательных стендах отбора ЭКБ повышенной стойкости и отбраковки потенциально ненадежных элементов;
• уточнение "моделей космоса" на основе информации от создаваемой отраслевой системы мониторинга ионизирующих излучений космического пространства;
• модернизацию, расширение и актуализацию отраслевой информационно-справочной системы (ИСС) по стойкости ЭКБ к ионизирующим излучениям космического пространства;
• создание и верификацию отраслевого программного обеспечения моделирования локальных условий эксплуатации ЭКБ и деградации ее характеристик;
• повышение эффективности системы сертификации космической техники (на уровне ЭКБ), за счет ее реализации на всех этапах создания ракетно-космической техники, гармонизации аналитических и экспериментальных методов подтверждения стойкости, включая оптимизацию испытаний стойкости ЭКБ к ионизирующим излучениям космического пространства (выбор типовых представителей, определение состава испытаний и т. д.).
Создаваемые средства контроля одиночных эффектов базируются на источниках протонов и ионов (в качестве которых могут выступать ускорительный комплекс ГНЦ РФ ИТЭФ, циклотроны Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ и ускорители ПИЯФ), отличающиеся как по характеристикам, так и по метрологическому сопровождению. Средства контроля дозовых эффектов используют разнообразные моделирующие установки (низкоинтенсивного γ – излучения) и ускорители электронов НИИ Приборов, МИФИ и НИИ ЯФ МГУи других организаций.
На текущий момент результатами работ по этому направлению явилось создание
4-х испытательных стендов, основных узлов 2-х стендов, 6-ти отраслевых руководящих документов и 2-х проектов, а также 2-х верифицированных программных пакетов.
Следующим направлением является создание и совершенствование отраслевой системы постоянного мониторинга ионизирующих излучений космического пространства с целью:
- совершенствования моделей влияния ИИ КП на ЭКБ;
- уточнения технических требований к ЭКБ и к аппаратуре космических аппаратов;
- актуализации норм и методов наземных испытаний ЭКБ
и т. д.
В настоящее время элементы системы располагаются на 5 аппаратах ГЛОНАСС, предполагается установка на другие космические аппараты.
Следует отметить, что система мониторинга, кроме того, обеспечивает управление структурно-алгоритмическими методами повышения стойкости аппаратуры КА.
Обеспечение разработчиков исчерпывающей информацией по разнообразным вопросам стойкости к ИИ КП с целью сокращения времени разработки и повышения ее качества проводится через совершенствование (в рамках 3-его направления) созданной в 2007 году отраслевой информационно-справочной системы, предназначенной также для предварительного выбора ЭКБ, на сегодняшний день насчитывающей информацию по более 12 тыс. типономиналам ЭКБ и более 2 тыс. справочных записей.
Структурно ИСС включает:
- Web-сайт;
- базу данных;
- справочный раздел;
- раздел космической погоды.
Следует отметить, что требуется расширение функций ИСС в части технологических особенностей (типы корпусов, покрытие выводов, специфика пайки и монтажа и т. п.) и характеристик по надежности, вибро - и термопрочности.
Основные направления работ в рамках реализации четвертого направления позволяют при невысоких временных и финансовых затратах существенно повысить корректность отбора ЭКБ для применения в конкретных условиях эксплуатации, а также обеспечить необходимую достаточность конструктивно технологических мер повышения стойкости критических узлов. К ним можно отнести обеспечение стандартизированными и верифицированными средствами:
- информационно-аналитического сопровождения работ по контролю стойкости;
- аналитической обработки результатов испытаний ЭКБ;
- предварительных расчетов стойкости (и надежности) радиоэлектронной аппаратуры;
- предварительного выбора ЭКБ.
В настоящее время 2 пакета программ верифицированы и сданы в отраслевой фонд алгоритмов и программ, еще один пакет находится в стадии верификации.
Еще одним (пятым) направлением работ является повышение эффективности системы сертификации космической техники, за счет ее реализации на всех этапах создания космической техники и гармонизации аналитических и экспериментальных подходов подтверждения стойкости ЭКБ. Это особенно актуально, когда испытания стойкости всех типономиналов ЭКБ невозможны по финансовым и временным ограничениям, а подтверждение требуемой долговечности аппаратуры необходимо.
Таким образом, можно констатировать, что представленные задачи контроля стойкости ЭКБ для космических применений (а также решение смежных проблем) конкретизированы достаточной долей детализации, и их поэтапная реализация (которая уже начата) позволит обеспечить современные спутниковые системы высоконадежной ЭКБ космических применений.
