A New Era in Space Products: Radiation Tolerant Commercial Space Products

НОВАЯ ЭРА В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ: РАДИАЦИОННОСТОЙКИЕ КОММЕРЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ КОСМОСА *

Последние разработки, особенно в области микроэлектроники, сделали бизнес в космосе еще более доступным для широкого круга компаний. В статье рассмотрены перспективы развития рынка космических изделий.

Г. Алонсо, Т. Фьюри

A NEW ERA IN SPACE PRODUCTS: RADIATION TOLERANT COMMERCIAL SPACE PRODUCTS

Аbstract – R ecent developments, especially in the microelectronics, have made business in space even more accessible to a wide range of companies. The article discusses the prospects for the development of the market for space products.

S. Xie, D. Guo

Последние разработки в области микроэлектроники сделали бизнес в космосе еще более доступным для широкого круга компаний. Рынок, ранее состоявший исключительно из крупных оборонных подрядчиков и государственных компаний, расширяется под действием коммерческих фирм, осваивающих выпуск продукции для космической отрасли. Это стимулирует новые разработки в области космической продукции, которые, по мнению авторов, окажут огромное влияние как на размеры, так и характеристики космической аппаратуры будущего.

В последнее время перспективные коммерческие компании сообщают о значительных инвестициях в космические технологии. Стоимость запуска космических аппаратов упала на сегодня до самого низкого уровня за всю историю освоения космоса, поскольку компании разрабатывают новые подходы к ракетам-носителям.

Инвестиции в размере до 1 миллиарда долларов идут на запуск и развертывание множества спутников на низкой околоземной орбите для поддержки телекоммуникаций во всем мире. Другие подходы к расширению возможностей подключения к глобальной сети Интернет включают разработку беспилотных летательных аппаратов для околоземной орбиты.

Эти подходы требуют большего количества электронных компонентов и новых спутниковых платформ, например, на основе технологии бескорпускных микросхем и микромодулей в пластиковых корпусах для космических полетов (flying plastic encapsulated modules – PEMs) для достижения поставленных целей (рис. 1).

Все это говорит о том, что спрос на инновации в космической отрасли как никогда высок. Компания Analog Devices имеет долгую историю работы для космической отрасли, обеспечивая высочайшее качество своих изделий, надежность и устойчивость к разрушающему воздействию космической радиации.

Традиционная линейка микросхем для космоса этой компании хорошо известна производителям спутников и космических кораблей. Их радиационная стойкость превышает 100 крад, что делает эти

Рис. 1. Пример миниатюрной спутниковой платформы с использованием бескорпусных электронных компонентов в пластиковых корпусах (PEMs)

AlonsoG., Fure T. A New Era in Space Products: Radiation Tolerant Commercial Space Products. www.analog.com. Сокращенный перевод с английского и комментарии В. Романова.

изделия пригодными для геоцентрических орбит. Компания Analog Devices хорошо известна разработкой новых ИМС, которые позволяют разрабатывать сверхкомпактные и эффективные изделия. Однако применение этих ИМС в космосе является сложной задачей, требующей, как правило, длительной доработки космических изделий в целом.

Подавляющее большинство новых ИМС построено на основе BiCOMS технологии, которая сочетает в себе преимущества биполярных и КМОП технологических процессов. Однако, с точки зрения радиационной стойкости, устройства, выполненные по BiCOMS технологии, обладают недостаточной устойчивостью к накопленной дозе ионизирующего излучения (ИИ) или Total Ionizing Doze (TID) и эффектам единичного функционального отказа или Single Event Functional Interrupts (SEFI). Это увеличивает время разработки новых ИМС в то время, когда быстро растущий рынок космических изделий остро нуждается в новых электронных компонентах.

Еще одним фактором, стимулирующим разработку новых изделий для космоса, являются новые требования к корпусированию ИМС, поскольку многие коммерческие ИМС разрабатываются в новых корпусах, улучшающих их характеристики, но применение этих ИМС в условиях космоса требует существенной доработки, в частности, для повышения требований к герметичности корпуса.

Однако быстрые поставки коммерческих ИМС с доработкой в космическую отрасль все же возможны уже в настоящее время. Во-первых, исходя из того, что для низколетящих спутников требования к радиационной стойкости ИМС снижены и составляют от 30 до 50 крад, что позволят быстро осуществить необходимую доработку ИМС для таких приложений.

Во-вторых, это использование в космосе бескорпусных микросхем и модулей на их основе в пластиковых корпусах (PEMs). Данное направление до недавнего времени вызывала сопротивление со стороны специалистов космической отрасли. Это достаточно сложная технология, но если все будет выполнено надежно и принято к применению в космосе, то такая технология откроет дверь для значительного улучшения характеристик микроэлектронных изделий, включая уменьшение их размера, веса и, как следствие, уменьшение требований к мощности космического корабля.

Производство ИМС и микромодулей в корпусах типа PEMs с высоким качеством и надежностью, пригодных для использования в космосе, имеет решающее значение для продвижения космической микроэлектроники к успешному решению поставленных задач. Специалисты из космической отрасли долгое время сопротивлялись использованию PEMs технологий из-за имеющихся рисков, включая достоверность результатов радиационных испытаний.

Это объяснялось тем, что проведение тестирования ИМС для космоса является дорогостоящим и трудоемким процессом, сопряжено с риском отказа всей партии ИМС, необходимостью усиления экранирования или применения других методов повышения радиационной стойкости, которые могут привести к увеличению стоимости и веса изделия в целом.

Компания Analog Devices освоила PEMs технологию и уже сейчас может гарантировать значительное снижение рисков при применении изделий ее разработки в космосе. Компания в настоящее время представила новую линейку коммерческих кос мических ИМС и изделий на их основе. Эта линейка накрывает три направления, ориентированные на разные требования в зависимости от количества спутников, которые готовятся к запуску. Самое простое направление ориентировано на чисто коммерческие запуски низколетящих спутников. Следующее направление предполагает дополнительные радиационные испытания, скрининг и аттестацию партии электронных компонентов. Это направление, по мнению компании, удовлетворит потребности большинства заказчиков коммерческой космической техники. На рис. 2 приведена диаграмма жизненного цикла космических изделий компании Analog Devices.

Самое сложное и дорогостоящее направление сочетает в себе улучшенное качество и надежность испытаний, включая жесткие характеристики создаваемого ионизирующего излучения и гарантии производителя. Это направление будет включать числовые параметры ионизирующего излучения TID и эффектов единичного функционального отказа SEFI. Несмотря на высокую стоимость микроэлектронных компонентов такого уровня, даже в этом случае преимущества их в производительности и уменьшении размера, веса и мощности по сравнению с существующими на рынке изделиями, используемыми в космосе, оправдают затраты и позволят будущим космическим кораблям обеспечить более высокие характеристики при более низкой общей стоимости.

Рис. 2. Диаграмма жизненного цикла космических изделий компании Analog Devices

ВЫВОДЫ

Компания Analog Devices освоила сложные микроэлектронные изделия, предназначенные для использования в космической отрасли, и предлагает фирмам-производителям космической техники сотрудничество в создании и применении высоконадежных и эффективных электронных компонентов для новых разработок. Информацию об электронных компонентах компании Analog Devices, предназначенных для применения в космосе, можно получить у официального представителя компании в Украине – фирме VD MAIS.