毅力号火星探测器的抗辐射技术

2021-03-19 12:24:49 来源:ADI
本文节选自ADI网站,在毅力号上共使用了63个ADI元器件,由于工作在太空环境,这些器件必须能够承受宇宙射线的辐射,因此器件设计都要用到抗辐射技术。接下来的内容是描述了ADI是如何实现抗辐射设计的。

抗辐射技术的历史

“毅力”号上包含执行火星探测任务所需的关键的63个ADI元器件。ADI市场经理兼应用工程师Kristen Chong表示:“这些部件涉及从RF/μW到运算放大器、从电源管理到数据转换等多个领域。我们将继续与NASA/JPL合作,迎接新的太空计划挑战。”

ADI与NASA/JPL的合作可以追溯到20世纪80年代初,双方一直致力于推动突破技术极限,开发关键元器件、自定义程序和抗辐射技术。无论其功能是什么,或要执行什么任务,每个元器件都要面对最恶劣的环境条件,包括极端重力、振动、温度波动和辐射。

 

图片由NASA/JPL提供 -Cal Tech:“朱诺”号太空探测器

NASA/JPL的“朱诺”号太空探测器于2011年8月5日发射升空,历时近5年,穿越深空中的各种极端环境,于2016年7月4日抵达木星周围的轨道。“朱诺”号探测器的任务是:了解气体巨行星和其他行星是如何形成的。“在太阳系所有的恶劣辐射环境中,木星可能位居第一”,来自ADI的Kristen Chong表示。“木星的磁层在其范艾伦辐射带中捕获了大量辐射,这个量远远大于我们行星周围或太阳系内的其他行星周围的辐射带。”这使得“朱诺”号成为一项极具风险的任务,需要大大提高其电子设备的抗辐射性能。”

ADI的AD590S是一种抗辐射温度传感器,被用于执行“朱诺”号任务。当宇宙飞船从它所环绕的行星的阴影中出来,然后进入到太阳的直射光线中,温度范围时刻都在变化。即使被置于阳光下,宇宙飞船内部面向太阳的一面和背向太阳的一面之间的温差也会很大。这些温度波动会对太空探测器内部的集成电路产生显著但可预测的影响。从温度传感器获取的信息可用于调整和补偿宇宙飞船上的温度变化。

在使用了近20年之后,ADI的ad590仍在继续收集温度数据。作为运行记录的佐证,AD590S被NASA/JPL选中,用来执行2020年度“毅力”号任务。

辐射造成的有害影响

在地球磁场保护范围之外飞行的航天器会受到太阳辐射的有害影响。辐射会产生随机误差,使处理设备复位,甚至损坏元器件。辐射影响包括:

  • 单粒子效应:单个离子或粒子撞击设备的特定区域,导致出现各种奇怪现象和误差。

  • 总电离辐射剂量(TID):在部件的整个使用寿命期间,电离辐射对部件产生的长期累积效应。TID可能会导致偏移,例如增加某些元器件的供电电流。

  • 位移损伤(DD):大粒子(例如中子)可以破坏硅芯片的晶体结构,造成物理损伤。

辐射测试

凌力尔特(LTC)以其高性能电源管理系统而闻名,于2017年被ADI收购。LTC工程师前往某些工厂,例如德州农工大学的回旋加速器研究所,与NASA/JPL合作确定适合用于太空环境的部件。他们采用各种各样的工艺来减轻或增强辐射耐受性。

“当IC无法正常工作时,他们会联系我们,提出具有挑战性的问题。我们会派员工前往德克萨斯大学城,解决辐射认证过程中的问题”,ADI现场应用工程师John Guy表示。“有一次,我们最初的元件设计师和FAE一起来检查辐射测试过程中是否出现了任何异常行为。”当时,该设计师和FAE与NASA/JPL的工程师一起合作,共同分析问题,进行测试,确定它是应用层面的问题还是核心设计问题,并开发出最终的抗辐射产品。

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