单粒子效应对飞行器的影响分析及防护技术

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1、2011年2月强度与环境Feb.2011第38卷第1期STRUCTURE&ENVIRONMENTENGINEERINGVol.38,No.1单粒子效应对飞行器的影响分析及防护技术12冯颖刘忠健（1电子工程总体研究所，北京100854；2解放军驻航天二院中心军代表室，北京100854）摘要：阐述了航天飞行器运行过程中面临的空间环境条件，分析了高能粒子辐射环境中的地球辐射带、银河宇宙线和太阳宇宙线对飞行器运行安全的影响；对单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子功能中断、单粒子烧毁事件、单粒子瞬态脉冲等类型的微电子器件单粒子效应失效机理进行了分析，提出了提高飞行器抗空间单粒子效应的防护技

2、术，为开展相关技术设计和试验提供参考。关键词：单粒子效应；失效机理分析；设计防护措施+中图分类号：V417.6文献标识码：A文章编号：1006-3919(2011)01-0026-05Singleeventeffectanalysisonthespacecraftandthetechniquedesignedintheprotection12FengYingLiuZhongjian(1Electronicengineeringtotalresearchinstitute,Beijing100854,China;2Theairforceofmilitaryrepresenta

3、tiveofficeinthespaceflightsecondacademe,Beijing100854,China)Abstract：Thispaperintroducedthespaceenvironmentconditionsfacedbythespacecraftwhenitisflying，andanalyzedtheeffecttosecurityofflyingaircraftfromearthradiationbelt,MilkyWayuniversallineandthesununiversallineinthehighenergyparticlerad

4、iationenvironment;weanalyzedthetypeofsingleparticlefailuretheoryofthemicro-electricitycomponentpartssuchassingleparticleinvert,Singleparticlelocking,singleparticlefunctionaldiscontinueandsingleparticleinstantaneousimpulse,etc.Thepaperpointedthemethodtoimprovetheprotectiontechniqueofthespac

5、ecraft,andappliedareferencefortherelatedtechnicaldesignandtestcarriedout.Keywords:singleeventeffect;failuremechanismanalysis;designsafeguard1引言航天飞机、卫星等空间飞行器在运行期间，曾多次发生过由于单粒子效应事件而导致电子器件早期失效，缩短了空间飞行器的可靠运行与使用寿命，已引起国内外航天科技人员的极大收稿日期：2010-07-06；修回日期：2010-12-10作者简介：冯颖（1958－），女，高工，研究方向：可靠性与环境工程技术；

6、（100854）北京142信箱30分箱9室.第38卷第1期冯颖等单粒子效应对飞行器的影响分析及防护技术27重视。然而发生故障的产品多为集成电路器件，特别是大规模集成电路器件发生故障的概率要高于中小规模集成电路器件。面对这些问题，我们开展了空间单粒子效应对飞行器的影响分析研究，提出了单粒子效应防护设计方法，并开展了地面摸底试验，验证了单粒子效应防护设计的有效性。单粒子效应是空间高能粒子轰击微电子器件的敏感节点，导致微电子器件逻辑功能翻转或器件损坏的事件。空间高能粒子辐射主要来源于地球辐射带、银河宇宙线和太阳宇宙线。地球辐射带是磁层中被地球磁场俘获的高能粒子带，分为内辐射带和外

7、辐射带。内辐射带：内辐射[1]带距地面较近，空间范围在赤道平面上空600～10000km的高度，纬度边界约为40°。内辐射2带粒子主要成分是质子和电子，质子能量一般为几兆电子伏到几百兆电子伏，通量达10J/（m·s），此外还有大量的重离子。由于地磁场的不均匀性，在南大西洋地磁弱异常区下边界下降到200km左右，而在东亚地磁强异常区（我国上空）则在1500km左右。外辐射带：外辐射带的空间范围很大，在赤道平面内高度为10000～60000km的高度，纬度边界为55°～70°。外辐射带粒子的2主要成分是低能质子和电子，