랩톱 컴퓨터를 우주로 가져간 경우 몇 분 동안 작동할 수 있습니다. 그러나 그러면 잠기거나 제대로 작동하지 않거나 사진과 비디오 및 선명한 오디오가 아닌 말도 안되는 소리가 출력됩니다. 지구에서는 그냥 다시 시작하거나 다시 가져와 교환할 수 있기 때문에 문제가 되지 않습니다. 그러나 컴퓨터가 위성을 실행하고 있었다면 큰 문제가 될 것입니다. 우주에서 위성의 컴퓨터는 쉽게 유지 관리, 작업 또는 교체할 수 없습니다.
방사선은 마이크로전자공학에 피해를 주고 있으며 우주에도 방사선이 있습니다. 이 방사선은 태양 및 우주 광선과 같은 다양한 출처에서 자연적으로 발생합니다. 방사선은 고에너지 광자(예: X선) 또는 양성자, 전자 및 알파 입자와 같은 고에너지 거대 입자의 형태로 올 수 있습니다. 이 방사선의 대부분은 지구 자기장에 의해 편향되고 종종 Van Allen 방사선 벨트에 갇히거나 지구 대기에 의해 완화되므로 표면에 도달하지 않습니다. 그러나 그것은 우주의 위성에 큰 영향을 미칩니다.
우주의 방사선은 전자 장치에서 여러 유형의 문제를 일으킬 수 있습니다. 문제는 총 이온화 선량(TID) 효과와 단일 이벤트 효과(SEE)의 두 가지 범주로 나뉩니다.
총 전리 선량 효과는 시간이 지남에 따라 전리 방사선에 누적 노출되어 발생합니다. 1970년대와 1980년대에는 중요한 문제였지만 마이크로전자 공정이 발전함에 따라 TID는 점점 덜 중요한 역할을 합니다. TID는 주로 마이크로칩에서 트랜지스터를 분리하는 절연층에 쌓이는 전하로 인해 문제를 일으킵니다. 그러나 최근 몇 년 동안 회로가 축소됨에 따라 이러한 절연층의 두께도 줄어들어 전하 축적 가능성이 훨씬 줄어듭니다. 오늘날 생산되는 대부분의 마이크로일렉트로닉스는 위성 임무 중에 발생하는 것보다 훨씬 높은 TID 수준을 처리할 수 있습니다.
반면에 단일 이벤트 효과는 회로가 더 작아지고 복잡해짐에 따라 더 문제가 되었습니다. SEE는 에너지 입자가 반도체에 충돌하여 회로 내에서 의도하지 않은 전류를 생성할 때 발생합니다. 이러한 전류가 회로의 중요한 위치에서 발생하면 SEU(단일 이벤트 업셋)에서 SEFI(단일 이벤트 기능 인터럽트), SEL(단일 이벤트 래치업)에 이르기까지 여러 가지 영향이 발생할 수 있습니다. 이들 각각은 우주에서 위성 컴퓨터의 기능을 심각하게 제한할 수 있습니다.
단일 이벤트 업셋으로 인해 비트 오류가 발생하여 장치의 출력 또는 작동 오류가 발생합니다. 예를 들어, SEU로 인해 위성의 전자 장치에서 전송된 데이터가 손상될 수 있습니다. 1년에 한 번과 같이 비정기적인 SEU는 그다지 문제가 되지 않습니다. 그러나 많은 상업용 마이크로전자공학은 우주 방사선 환경에서보다 훨씬 더 큰 SEU 비율을 겪을 것입니다. SEU 비율이 너무 높으면 마이크로전자공학이 무용지물이 됩니다. SEU는 일시적인 오류이며 회로를 영구적으로 손상시키지 않습니다 메이플pc방대리.
단일 이벤트 기능 인터럽트는 SEU가 제어 회로에 영향을 주어 회로 또는 시스템이 “정지”될 때 발생합니다. 일반적으로 SEFI를 수정하려면 시스템을 재설정하거나 전원을 껐다 켜야 합니다. 이것은 시간과 지속적인 데이터 공급이 중요한 위성 작동 중에 명백한 문제입니다.
단일 이벤트 래치업은 중이온 또는 고에너지 양성자가 장치를 단락시킬 때 발생합니다. 일반적으로 전원을 껐다 켜면 SEL을 수정할 수 있습니다. 그러나 SEL은 또한 매우 높은 전류를 발생시켜 장치를 영구적으로 고장나게 할 수 있습니다.
방사선 차폐의 사용은 일부 유형의 방사선에 대해 우주에서 마이크로 전자 장치를 보호하는 데 효과적입니다. 그러나 증가된 차폐는 많은 고에너지 입자로 인해 SEE를 완화하지 않습니다. 게다가 차폐는 일반적으로 무겁고 공간을 차지하는데, 이 두 가지 모두 크기와 무게가 중요한 우주선에는 바람직하지 않습니다.
마이크로 전자공학에 대한 우주 방사선의 영향은 위성에서 사용할 수 있는 장치를 크게 제한합니다. 현재 대부분의 위성은 최신 위성을 포함하여 SEE에 덜 민감한 오래되고 느린 컴퓨터를 사용합니다. 그러나 이상적으로는 위성 컴퓨터가 지구상의 랩탑과 데스크탑에 있는 빠르고 현대적인 전자 장치 및 프로세서를 사용할 수 있어야 합니다. 문제는 우주에 있는 마이크로프로세서뿐만 아니라 메모리 모듈, 전력 트랜지스터 및 기타 마이크로 전자공학에도 있습니다. 예를 들어 많은 FPGA(Field Programmable Gate Array)는 특정 용도로 프로그래밍할 수 있기 때문에 우주 응용 분야에 이상적입니다. 그러나 이들 중 다수는 SEE에 극도로 취약합니다.
Many techniques are beginning to be used or under development that will allow the use of modern microelectronics in space. The process of mitigating the effects of space radiation on satellite computers and other space electronics is known as radiation hardening. Any space computer must be radiation hardened if it is to provide accurate, reliable operation for an extended period of time. These include triple modular redundancy (TMR) or time-triple redundancy (TTMR) to mitigate SEUs. In this system, a voting system is used to correct and cover for a bit upset. A technique to correct SEFIs is known as a watchdog timer. In this system, a timing device is programmed to automatically reset the system if the system does not service the watchdog by sending a write command at regular intervals. Therefore, if the system experiences a “hang,” it will automatically reset. Even newer techniques are being used or in development which will only cause a reset as a last resort.
The next generation of radiation hardened techniques will allow the use of fast, modern processors, memories, FPGAs, and other microelectronics in the harsh space radiation environment. Radiation hardened computers are essential for the faster, more capable satellites of the future.
