Физики ищут способы защитить электронику спутников от космических частиц

Москва, 16 окт — РИА Новости. Сотрудники кафедры микро - и наноэлектроники Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" представила новую методику, позволяющую предсказывать отказы интегральных микросхем в космосе. Статья об исследовании, опубликованном в авторитетном научном журнале "IEEE сделки по ядерной науке".

Обеспечение надежной работы цепей в пространстве – важнейших научных и экономических проблем. Современные метеорологические спутники, спутники связи и наблюдения земли были экономически эффективными, они должны работать на орбите в течение как минимум 10-15 лет. Распространенной причиной, почему спутники не до того времени – отказ бортовой электроники. Обычными наземными электроники для космических условиях, слишком ненадежно. Поэтому, для космической электроники либо изготовлены по специальной технологии или выбрать и протестировать определенным образом. Все это требует глубокого понимания физических процессов, происходящих внутри цепи, и побуждает ученых к разработке математических методов, точное предсказание поведения таких систем при различных условиях.

Большое значение здесь имеют так называемые "одиночные эффекты": погрешность электронных схем, вызванных воздействие отдельных высокоэнергетических космических частиц из радиационных поясов Земли или глубин Галактики. Проблема одиночные сбои возникли в начале 80-х годов, когда размеры микроэлектронных компонентов был около одного микрона (одна миллионная метра).

Особенно острой эта проблема является тот факт, что электроника в космосе невозможно обеспечить физическую защиту от высокоэнергетических частиц из-за их высокой проникающей способности. Для таких неудач активно развиваются методы прогнозирования их частоты в заданных условиях, а также аппаратные и программные методы борьбы с ними.

Тем не менее, за последние 30 лет ситуация резко изменилась. Уменьшение размеров элементов интегральных схем в нанометровом масштабе привела к распространению многочисленные неудачи: ситуации, в которых космическая частица (например, ион или Протон) одновременно может привести к ошибкам в несколько логических элементов или ячеек памяти, которые могут привести к сбою или повреждению цепей. Подобные ошибки очень трудно исправить из-за неопределенности их кратность, то есть Количество отказов от космических частиц.

Чтобы решить эту проблему, специалисты из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" в серии исследований 2015-2017 разработана новая методика обработки результатов наземных экспериментов и расчетов код частоты отказов. Это позволяет прогнозировать с новой физические, технологические и программные аспекты, характерные для наноразмерных (с правилом процесс менее 100 нм) интегральные микросхемы современного образца.

"Это все о нелокальности эффекты: космическая частица способна "охватить" несколько элементов интегральных схем", — говорит один из авторов исследования, профессор Геннадий Зебрев, — "нелокальность несколько событий и неопределенности в их множественности не предсказать частоту отказов и парировать ошибки старые методы. Кроме того, дальнейшая миниатюризация элементов и сложность архитектуры интегральных схем может привести к еще большему обострению проблемы. Поэтому нами был предложен метод обработки результатов экспериментальных испытаний и расчет частоты отказов, которая позволяет разделять неудачи в кратности, и быстро и достоверно оценить их частоты при заданном космических орбитах".

Возможность расчета частоты ошибок различной кратности является необходимым условием для создания новых алгоритмов программного обеспечения, которые могли бы эффективно отбиваться от нескольких неудач в космосе. Работа в этом направлении сотрудниками НИЯУ МИФИ была разработана в сотрудничестве с Институтом системного анализа Российской Академии наук.

Категория: Гаджеты