ЖУРНАЛ СТА №3/1998

86 3/98 В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА ВОПРОСЫ-ОТВЕТЫ имел следующие параметры орбиты: высота — 1336 км, наклонение — 66°. Спустя два года после запуска начались отказы в работе устройств типа 4N49. Это было неожиданным для данного типа оптоизолято- ров, так как они были испытаны при уровнях ради- ации выше, чем 100 крад (Si). Наиболее вероятной причиной отказов явилось воздействие протонов, измеряемое, как правило, в единицах потока частиц (частица/см 2 ), которое вызывает деградацию прежде всего характеристик светодиода оптронной пары, в результате чего уменьшается коэффициент передачи тока оптоизолятора. Удивительно, но вы- сокоэнергетичные частицы приводят к меньшим повреждениям. Наиболее опасными являются про- тоны с энергией менее 150 МэВ, обладающие боль- шей вероятностью соударения с атомами полупро- водниковых материалов. Низкоэнергетичные про- тоны с энергиями ниже 20 МэВ могут быть проигно- рированы из-за местного экранирования металли- ческими элементами конструкции. В начале 1997 года в лаборатории радиационных воздействий фирмы Boeing (Boeing Radiation Effects Laboratory — BREL) были проведены иcследования значительного количества оптопар различных про- изводителей при воздействии протонов. Потоки протонов достигали значения 6 × 10 10 частиц/см 2 . Применяемые фирмой Interpoint оптопары Isolink успешно выдержали испытания с наименьшей сте- пенью ухудшения своих характеристик. Вопрос Вызывают ли потоки протонов переходные процессы в оптронах? Ответ Действительно, такого рода воздействия были за- мечены в оптопарах, используемых в качестве изо- ляторов дискретных сигналов. В результате появля- ются ложные сигналы, которые могут привести к сбоям в цифровой аппаратуре. Этот эффект, однако, не сказывается на работе преобразователей Interpoint, так как полоса пропу- скания цепи аналоговой обратной связи у них со- ставляет 15 кГц, что значительно меньше, чем ши- рина полосы переходного процесса, вызываемого потоком протонов. Вопрос Какого рода неисправности можно ожидать при превышении максимально допустимого уровня излучений? Ответ Как уже отмечалось, наиболее чувствительным к воздействию заряженных частиц компонентом, применяющимся в преобразователях Interpoint, яв- ляется оптоизолятор, у которого в результате этого воздействия коэффициент передачи тока может стать настолько низким, что петля обратной связи по напряжению в пределах конвертора не способна удерживать значение выходного напряжения в нор- ме. Начальный момент в потере регулирования вне- запен и приводит к значительному увеличению зна- чения выходного напряжения, вначале при неболь- шой нагрузке и наибольшем значении входного на- пряжения. При продолжительном воздействии за- ряженных частиц повышенное значение выходно- го питающего напряжения будет сохраняться во всех режимах. Отказ преобразователя является ма- ловероятным, но радиоэлектронная аппаратура, потребляющая электроэнергию постоянного тока от преобразователя, может быть повреждена в ре- зультате превышения номинального значения вы- ходного питающего напряжения. Вопрос Какие параметры по стойкости к потокам заряженных частиц имеют преобразователи фирмы Interpoint? Ответ Многочисленные испытания, проведенные в том числе специалистамиNASA, показали, что, например, у одно- и двухканальных преобразователей серий MHF+ и SMHF отказы наступают при потоках свыше 5 × 10 10 протонов/см 2 . Этот уровень отвечает требованиям большинства космических применений. Имея в виду эти показатели, полезно учитывать условия конкрет- ных применений. Так, суммарный поток, воздействию которого в течение двух лет подвергались устройства, содержащие оптопары, в проекте Topex/Poseidon был значительно меньше 1 × 10 10 частиц/cм 2 . Поток про- тонов варьируется в широких пределах и зависит от параметров орбиты, наклонения и степени защиты. Геостационарные спутники, например, практиче- ски не имеют проблем, связанных с потоками про- тонов, но потоки электронов могут достигать боль- ших величин. Возможность повреждения из-за эффектов смеще- ния атомов в узлах была внимательно исследована при подготовке проекта полета к Сатурну CASSINI/ CIRES. Особую важность для полета имела возможная деградация оптоизоляторов. Расчетное полетное вре- мя составляет 7 лет, после чего космический аппарат должен проработать на орбите Сатурна еще 4 года. После многочисленных исследований 11-летняя экс- педиция стартовала в октябре 1997 года с преобразо- вателями MHF+, использующими в цепи передачи аналогового сигнала обратной связи оптронные ин- тегральные микросхемы фирмы Hamamatsu. Интересно заметить, что опасность для этой экс- педиции представлял не поток протонов, значение которого ожидалось 0,5 × 10 10 частиц/см 2 , а поток нейтронов от 26,9 кг плутония, использовавшегося на борту в системе подогрева. Радиоизотопные ис- точники должны были воздействовать на преобра- зователи постоянным потоком нейтронов, достига- ющим значения 6,9 × 10 10 частиц/см 2 . В конечном счете было определено, что коэффициент запаса полета по радиации составляет 1,5, или 50% от соче- тания потоков протонов и нейтронов.