毅力號火星探測器的抗輻射技術(shù)
2021-03-19 12:24:49 ADI“毅力”號上包含執(zhí)行火星探測任務(wù)所需的關(guān)鍵的63個ADI元器件。ADI市場經(jīng)理兼應(yīng)用工程師Kristen Chong表示：“這些部件涉及從RF/μW到運算放大器、從電源管理到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等多個領(lǐng)域。我們將繼續(xù)與NASA/JPL合作，迎接新的太空計劃挑戰(zhàn)。”
ADI與NASA/JPL的合作可以追溯到20世紀80年代初，雙方一直致力于推動突破技術(shù)極限，開發(fā)關(guān)鍵元器件、自定義程序和抗輻射技術(shù)。無論其功能是什么，或要執(zhí)行什么任務(wù)，每個元器件都要面對最惡劣的環(huán)境條件，包括極端重力、振動、溫度波動和輻射。
圖片由NASA/JPL提供 -Cal Tech：“朱諾”號太空探測器
NASA/JPL的“朱諾”號太空探測器于2011年8月5日發(fā)射升空，歷時近5年，穿越深空中的各種極端環(huán)境，于2016年7月4日抵達木星周圍的軌道。“朱諾”號探測器的任務(wù)是：了解氣體巨行星和其他行星是如何形成的。“在太陽系所有的惡劣輻射環(huán)境中，木星可能位居第一”，來自ADI的Kristen Chong表示。“木星的磁層在其范艾倫輻射帶中捕獲了大量輻射，這個量遠遠大于我們行星周圍或太陽系內(nèi)的其他行星周圍的輻射帶。”這使得“朱諾”號成為一項極具風(fēng)險的任務(wù)，需要大大提高其電子設(shè)備的抗輻射性能。”
ADI的AD590S是一種抗輻射溫度傳感器，被用于執(zhí)行“朱諾”號任務(wù)。當(dāng)宇宙飛船從它所環(huán)繞的行星的陰影中出來，然后進入到太陽的直射光線中，溫度范圍時刻都在變化。即使被置于陽光下，宇宙飛船內(nèi)部面向太陽的一面和背向太陽的一面之間的溫差也會很大。這些溫度波動會對太空探測器內(nèi)部的集成電路產(chǎn)生顯著但可預(yù)測的影響。從溫度傳感器獲取的信息可用于調(diào)整和補償宇宙飛船上的溫度變化。
在使用了近20年之后，ADI的ad590仍在繼續(xù)收集溫度數(shù)據(jù)。作為運行記錄的佐證，AD590S被NASA/JPL選中，用來執(zhí)行2020年度“毅力”號任務(wù)。
在地球磁場保護范圍之外飛行的航天器會受到太陽輻射的有害影響。輻射會產(chǎn)生隨機誤差，使處理設(shè)備復(fù)位，甚至損壞元器件。輻射影響包括：
單粒子效應(yīng)：單個離子或粒子撞擊設(shè)備的特定區(qū)域，導(dǎo)致出現(xiàn)各種奇怪現(xiàn)象和誤差。
總電離輻射劑量(TID)：在部件的整個使用壽命期間，電離輻射對部件產(chǎn)生的長期累積效應(yīng)。TID可能會導(dǎo)致偏移，例如增加某些元器件的供電電流。
位移損傷(DD)：大粒子（例如中子）可以破壞硅芯片的晶體結(jié)構(gòu)，造成物理損傷。
凌力爾特(LTC)以其高性能電源管理系統(tǒng)而聞名，于2017年被ADI收購。LTC工程師前往某些工廠，例如德州農(nóng)工大學(xué)的回旋加速器研究所，與NASA/JPL合作確定適合用于太空環(huán)境的部件。他們采用各種各樣的工藝來減輕或增強輻射耐受性。
“當(dāng)IC無法正常工作時，他們會聯(lián)系我們，提出具有挑戰(zhàn)性的問題。我們會派員工前往德克薩斯大學(xué)城，解決輻射認證過程中的問題”，ADI現(xiàn)場應(yīng)用工程師John Guy表示。“有一次，我們最初的元件設(shè)計師和FAE一起來檢查輻射測試過程中是否出現(xiàn)了任何異常行為。”當(dāng)時，該設(shè)計師和FAE與NASA/JPL的工程師一起合作，共同分析問題，進行測試，確定它是應(yīng)用層面的問題還是核心設(shè)計問題，并開發(fā)出最終的抗輻射產(chǎn)品。
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