过去十年,美国能源部 (DOE) 国家核安全局 (NNSA) 采取了多项措施来维持其位于桑迪亚国家实验室 (Sandia) 的现有微电子设施的状况,这些设施是 NNSA 生产可在极端辐射环境下运行的战略抗辐射微电子产品的唯一来源。特别是在 2012 至 2019 财年期间,NNSA 在桑迪亚进行了一项为期多年的 1.5 亿美元的努力,以更换或翻新其主要微电子生产设施的基础设施和设备,以确保持续运行到 2025 年。在 NNSA 与桑迪亚合作维持现有设施的同时,该机构还开始确定和评估 2025 年后生产微电子产品的方案,包括在桑迪亚建造一个新的价值数十亿美元的生产设施。然而,由于关键假设的变化,包括现有设施的长期可行性,美国国家核安全局于 2018 年 11 月决定不采取任何已确定的替代方案,而是表示该机构将评估维持桑迪亚现有能力的方案。
航天器概述:6U CubeSat 加满燃料后重约 14 千克,包括电源、命令和数据处理、通信、姿态控制、推进和有效载荷子系统。电源子系统包括由 Blue Canyon Technologies (BCT) 和 MMA 开发的四个太阳能电池阵列、一个电力系统 (EPS) 管理板和一个由 Panasonic NCR18650B 电池制成的电池。这些阵列在使用寿命结束时能够提供超过 55W 的功率。命令和数据处理 (C&DH) 由 JPL 开发的 Sphinx 单板计算机提供,其中包括一个 GR712RC 抗辐射微处理器和一个 ProASIC3 FPGA。飞行软件采用 JPL 的 F Prime 框架。航天器使用 Iris Radio,这是 JPL 开发并由犹他州立大学空间动力学实验室建造的小型卫星转发器。一对低增益天线位于航天器 Z 轴的两端,提供与航天器方向无关的发射和接收能力。航天器的姿态确定和控制系统 (ADCS) 由 BCT XACT-50 提供。它利用安装在航天器周围的太阳传感器以及内部星体跟踪器和三个内部反作用轮。
堆积作用的显著增加是高亮度 (HL) LHC 运行阶段物理项目面临的主要实验挑战之一。作为 ATLAS 升级计划的一部分,高粒度计时探测器 (HGTD) 旨在减轻前向区域的堆积效应并测量每束团的光度。HGTD 基于低增益雪崩探测器 (LGAD) 技术,覆盖 2.4 到 4.0 之间的伪快速度区域,将提供高精度计时信息,以区分在空间上靠近但在时间上相隔很远的碰撞。除了具有抗辐射功能外,LGAD 传感器还应在寿命开始时为最小电离粒子提供每轨 30 ps 的时间分辨率,在 HL-LHC 运行结束时增加到 75 ps。本文介绍了 2021-2022 年 CERN SPS 和 DESY 使用测试光束研究的来自不同供应商的几种辐照 LGAD 的性能。这项研究涵盖了 LGAD 在收集电荷、时间分辨率和命中效率方面的有希望的结果。在大多数情况下,对于高辐照传感器(2.5 × 10 15 n eq / cm 2 ),测量的时间分辨率小于 50 ps。
从历史上看,卫星项目一直使用航天级、密封、QML-V 合格组件来提高可靠性和抗辐射能力。随着用于新商业和政府项目的星座和低地球轨道卫星发射的持续增长,对能够满足严格预算的小型组件的需求也日益增长。因此,出于各种原因,人们对在太空中使用塑料封装微电路 (PEM) 的兴趣越来越大。PEM 变得更具吸引力,因为前沿产品没有航天合格产品,而且 PEM 通常比航天合格产品中使用的陶瓷封装占用空间更小、重量更轻。人们已经认识到使用商用现货 (COTS) 产品存在质量和可靠性风险,一些太空项目一直在研究使用具有更严格资格要求的汽车级 AEC-Q100 产品。但是,Q100 部件中的额外资格步骤并不能满足太空应用的所有要求,即使对于那些要求较低的太空应用也是如此。例如,预计使用寿命为三年的商业低地球轨道 (LEO) 应用仍必须满足许多 PEM 产品无法达到的辐射目标。卫星项目面临的最大挑战之一是找到并测试那些满足辐射目标的产品。
“我们与 AFRL 签订的首个 GlobalFoundries 12nm 工艺 EFLX® eFPGA 许可非常成功,第一年就有超过六个项目获得了 EFLX 许可,”Flex Logix 首席执行官兼联合创始人 Geoff Tate 表示。“由于许多 USG 项目都是从连续的概念验证芯片开始的,然后才获得生产资金,因此将我们的协议扩展到其他工艺节点是合理的。这些项目现在可以使用 Flex Logix 产品,这些产品采用的代工工艺范围从低功耗 40nm 到 7nm,包括通过设计实施和未来支持的工艺(如 5nm)进行抗辐射加固。”AFRL 传感器理事会正在领导 Trust and Assured Microelectronics 未来能力的研究和开发,推动采用创新的下一代解决方案,为先进、安全和可靠的微电子技术构建弹性供应链。 AFRL 首席微电子技术官 Yadunath Zambre 表示:“研究新功能和新技术对于开发支持我们作战人员的现有和最先进的下一代平台至关重要。通过扩展与 Flex Logix 的许可,所有 USG 项目都可以在广泛的现有和未来流程中利用其 eFPGA 技术。这些类型的许可共同为 USG 提供了技术选项,以改善其成本、进度并提高供应链中的信任和保证。”
Iris Technology Corporation 开发的模块化高级低温冷却器电子设备 (MACE) 系统将可配置的高功率电机驱动器与精确遥测功能相结合,其设计可承受辐射加固。位于低温冷却器附近的遥测聚合单元 (TAU) 通过在本地数字化传感器数据以传输回控制器,最大限度地减少了敏感低温冷却器反馈的衰减和污染,而主控制单元 (MCU) 中的多个 500 W 驱动通道可提供高达 95% 效率的功率波形。模块化设计概念允许在需要更多通道时添加驱动卡,或移除驱动卡以减小尺寸、重量和功耗。TAU 集成了多达 14 个外部传感器,总数据速率高达每秒 800,000 个样本,由控制软件动态分配给任何遥测组合。可以通过安装商用组件或利用替代控制方案来降低抗辐射控制器组件的成本,从而实现电子设备的低成本版本。雷神公司进行了一次演示,演示中驱动了高容量 RSP2 (HC-RSP2) 低温冷却器,温度和振动控制环路在高功率和低低温下关闭。本文讨论了 MACE 的开发、测试和经验教训。
• VID V62/23607-01XE • 抗辐射 – 单粒子闩锁 (SEL) 在 125°C 时可抵抗 43 MeV- cm2/mg – ELDRS 无影响至 30krad(Si) – 每晶圆批次的总电离剂量 (TID) RLAT 高达 30krad(Si) – TID 特征值高达 30krad(Si) – 单粒子瞬变 (SET) 特征值高达 43 MeV-cm2 /mg • 电源范围:+8V 至 +22V • 集成断电和过压保护 – 过压和断电保护高达 +60V – 冷备用能力高达 +60V – 可调节故障阈值 (V FP ) 从 3V 到电源 – 中断标志反馈指示故障通道 – 非故障通道继续以低漏电流运行 • 闩锁免疫结构 • 精密性能,源极关断漏电流(最大值)为 ±4.5nA,关断电容为 4pF • 航天增强型塑料 – 工作温度范围为 –55°C 至 +125°C – 受控基线 – 金线和 NiPdAu 引线涂层 – 一个装配和测试站点 – 一个制造站点 – 延长产品生命周期 – 产品可追溯性 – 增强型模塑料,具有低释气性 • 小型、行业标准 TSSOP-20 封装
摘要 — 本文介绍了一种针对计算机数据存储器的单粒子翻转 (SEU) 缓解策略的飞行测试结果。这种内存故障缓解策略是使用商用现货 (COTS) 现场可编程门阵列 (FPGA) RadPC 构建耐辐射计算系统的更大努力的一部分。虽然 RadPC 的先前迭代使用 FPGA 块 RAM (BRAM) 作为其数据存储器,但本文介绍的 RadPC 的特定组件是一种新颖的外部存储器方案,其附带系统可以检测和纠正计算机拟议数据存储器中发生的故障,同时允许计算机继续前台运行。2021 年 7 月,在 Raven Aerostar Thunderhead 高空气球系统上飞行了内存保护方案的原型实现。这次飞行将实验带到了 75,000 英尺的高度,持续了 50 小时,使实验中的内存受到电离辐射的轰击,而不会被地球大部分大气层衰减。本文将讨论故障缓解策略、飞行演示的实验设计以及飞行数据结果的细节。本文可能会引起正在设计将暴露于电离辐射的飞行计算机系统并正在寻找与现有抗辐射解决方案相比成本更低的 SEU 缓解策略的工程师的兴趣。索引术语 — FPGA、内存、辐射
第一天的亮点是太阳能电池:来自 III-V 欧盟/美国专家的前沿演讲展示了电池多样化趋势:更多结以提高效率,更薄的电池以节省重量,还有抗辐射甚至更低成本的选择。对物质中详细辐射损伤机制的见解引出了关于更具颠覆性的潜在空间光伏技术的讨论:在设备层面采用超薄或纳米线方法,但也采用钙钛矿等更奇特的材料。第二天,专门讨论太阳能电池阵列,同样充满了引人入胜的亮点。在介绍回顾了太阳能系统中光伏的各种限制和机会之后,解决了具体问题:从互连器热机械行为、微聚光系统到 STI 部署机制的开发。讨论了立方体卫星和 OneWeb 等大型卫星星座的光伏解决方案,重点关注低成本,包括陆地硅。本次会议结束了创新高功率柔性太阳能电池阵列用于地球静止任务的现状和挑战。研讨会结束时,来自行业(AZUR SPACE、Airbus DS、DHV 技术)和研究机构(CEA-INES、CNES、Fraunhofer ISE 和 NREL)的 7 位专家参加了圆桌会议,总结了空间光伏研发的主要趋势,以解决竞争力、低成本和创新问题。组织团队衷心感谢所有参与者让这次活动生动有趣且成果丰硕。
随着空间数据流量的不断增加,空间光通信受到越来越多的关注,作为持续开发高速光学空间网络努力的一部分,尼康和JAXA一直在开发用于调制连续波信号的单横模10 W保偏Er/Yb共掺光纤(EYDF)放大器。我们已经完成了工程模型(EM)的开发,并计划在2024年作为国际空间站光通信系统的一部分演示该放大器。EM放大器具有三级反向泵浦结构,带有抗辐射的EYDF。它还包括泵浦激光二极管和功率监控光电二极管以避免寄生激光,这两者都已被证实具有足够的抗辐射能力,以及控制驱动电路。整体尺寸为300毫米×380毫米×76毫米,重6.3公斤。在标准温度和压力条件(STP:室温,1 个大气压)下,当信号输入为 -3 dBm 时,EM 放大器在总泵浦功率为 34 W 时实现了 10 W 的光输出功率。总电插效率达到 10.1%。在 STP 下,放大器在 10 W 下实现了 2000 小时的运行时间。我们进行了机械振动测试和工作热真空测试,以确保放大器作为太空组件的可靠性。在工作温度范围的上限和下限 ± 0 和 + 50 °C 下,输出功率和偏振消光比 (PER) 分别为 > 10 W 和 > 16 dB,而放大增益或 PER 没有任何下降。
