Проблемы и решения задач контроля воздействия ИИ КП на РЭА КА с использованием приборов с малыми МГХ

Главенствующим естественным фактором космического пространства (КП), ограничивающим срок активного существования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на космических аппаратах (КА), считается влияние ионизирующего излучения (ИИ) солнечных и галактических космических лучей, вместе с электронами и протонами естественных радиационных поясов Земли. На долю такого воздействия приходится до 50% всех квалифицированных отказов бортовой аппаратуры, что существенно ограничивает её срок её активного существования. Для измерения характеристик ИИ КП и их воздействия на РЭА КА могут быть использованы различные приборы и системы, и одним из перспективных решений данной задачи является использование приборов с малыми массо-габаритными характеристиками (МГХ), которые можно устанавливать на все КА в качестве попутной нагрузки. Подобный подход реализован в отраслевой (Роскосмос) системе мониторинга воздействия ИИ КП на РЭА КА, предназначенной для измерения характеристик РЭА КА, уточнения «моделей космоса», прогнозирование «космической погоды», уточнения требования к испытаниям РЭА КА и т.д.
В докладе рассматриваются базовые элементы бортового сегмента системы мониторинга – датчики интегральной накопленной дозы (ДИНД) разработки «НИИ КП», основанные на принципах НМДП дозиметрии, которые максимально приближены к специфике эффектов воздействия на реальные электронные компоненты. На данный момент функционирует 38 датчиков интегральной накопленной дозы, расположенные на 19 КА на круговой орбите ~20000 км с наклонением ~65⁰. В отраслевую систему мониторинга также включены данные бортовых счетчиков заряженных частиц с научных КА "ЭЛЕКТРО-Л", "МЕТЕОР-М" и др.
Для измерения накопленной дозы на борту КА используются ДИНД. Данный прибор позволяет измерять накопленную дозу ИИ КП в диапазоне до 100 крад, имеет габаритные размеры (89 х 72 х 56) мм3 и массу не более 0,4 кг. Мощность потребления – не более 2 Вт. Прибор выполнен в алюминиевом корпусе с вынесенным наружу чувствительным элементом. Измеренные данные выдаются в виде аналогового и частотного сигнала.
В настоящее время разрабатываются новые многоотсчетные сенсоры накопленной дозы с расширенным диапазоном измерения, а также сенсоры тяжелых заряженных частиц, в которых чувствительным элементом является статическая ОЗУ. Кроме того, разрабатывается сенсор характеристик частиц ИИ КП (протонов и ионов) на основе алмазного детектора.
Разрабатываемая бортовая аппаратура контроля дозовых и одиночных эффектов будет содержать 4 датчика ДИНД, описанных выше, а также сенсор тяжелых частиц на основе СОЗУ, позволяющий фиксировать одиночные эффекты (сбои и отказы), возникающие под воздействием тяжелых заряженных частиц более 4 МэВ•см2/мг и протонов с энергией более 5 МэВ. Такая конфигурация аппаратуры позволит получать информацию как о дозовой нагрузке на электронную аппаратуру, так и об одиночных эффектах непосредственно в месте расположения радиоэлектронной аппаратуры. Габариты блока аппаратуры (без датчиков ДИНД) – (160х125х55) мм3, масса – менее 1,5 кг и мощность потребления – не более 9 Вт.