СТА №3/2017

54 СТА 3/2017 РАЗРАБОТКИ КОСМОНАВТИКА www.cta.ru В последнее время из-за необходимо- сти сокращения стоимости военных и аэрокосмических систем разработчики стали активно использовать техноло- гию COTS (Commercial Off-The-Shelf – «готовый к использованию продукт»). Смысл данной технологии в том, что для построения систем специального назначения применяется подход, в рам- ках которого используются промыш- ленные вычислительные модули, а крейты, стойки, блоки коммутации и кабели имеют специальное исполнение и обеспечивают требуемые условия экс- плуатации (например, устойчивость к климатическим, вибрационным, аку- стическим и другим воздействиям). В COTS-технологии применяются го- товые аппаратные и программные тех- нологии открытого типа, ранее широко апробированные и/или стандартизо- ванные на рынке общепромышленных гражданских приложений. Исторически концепция COTS воз- никла как инициатива министерства обороны США и оборонных ведомств ряда других западных стран, желающих сократить свои расходы за счёт умень- шения доли дорогостоящих уникальных решений и технологий. Для российских разработчиков в настоящее время в условиях усложнения экономической ситуации и введения санкций, перекры- вающих доступ к элементной базе обо- ронного и двойного назначения, такой способ экономии средств на создание аппаратуры с высокими техническими характеристиками особенно актуален. Общий тренд построения систем на базе стандартизованных COTS-компо- нентов проник и в космическую отрасль. Тому способствовали чрезвычайно бур- ный темп освоения космического про- странства, усложнение решаемых задач, требования сокращения сроков разра- ботки и модернизации систем, повыше- ние их быстродействия и надёжности. В настоящий момент в космосе посто- янно присутствует большое количество обитаемых и необитаемых летательных аппаратов различных стран. Эта отрасль превратилась в мощнуюиндустрию, свя- занную с исследованиями, производ- ством новых материалов, обороной и другими актуальными задачами [1]. К АК ВЛИЯЕТ РАДИАЦИЯ НА МИКРОСХЕМЫ В «штуках частиц» космическое из- лучение состоит на 90% из протонов (то есть ионов водорода), на 7% из ядер ге- лия (альфа-частиц), ~1% составляют бо- лее тяжёлые атомы и ~1% – электроны. Звёзды, включая Солнце, ядра галактик, Млечный Путь, обильно освещают всё не только видимым светом, но и рентге- новским и гамма-излучением. Во время вспышек на Солнце радиация от Солн- ца увеличивается в 1000–1 000 000 раз, что может быть серьёзной проблемой, как для людей будущего, так и нынеш- них космических аппаратов за предела- ми магнитосферы Земли. Вокруг Земли есть 2 пояса заряженных частиц – так называемые радиационные пояса Ван Аллена: на высоте ~4000 км из протонов и на высоте ~17 000 км из электронов. Частицы там движутся по замкнутым орбитам, захваченные маг- нитным полем Земли. Также есть бра- зильская магнитная аномалия, где внут- ренний радиационный пояс ближе под- ходит к Земле до высоты 200 км. Когда гамма- и рентгеновское из- лучение (в том числе вторичное, полу- ченное из-за столкновения электронов с корпусом аппарата) проходит через микросхему, в подзатворном диэлек- трике транзисторов начинает постепен- но накапливаться заряд, и соответ- ственно начинают медленно изменять- ся параметры транзисторов – пороговое напряжение транзисторов и ток утечки. Обычная гражданская цифровая мик- росхема уже после 5000 рад может пере- стать нормально работать (впрочем, че- ловек может перестать работать уже после 500–1000 рад). На низкой орбите 300–500 км (там, где летают люди) годовая доза может быть 100 рад и менее, соответственно, даже за 10 лет набранная доза будет переносима гражданскими микросхемами. А вот на высоких орбитах >1000 км годовая доза может быть 10 000–20 000 рад, и обыч- ные микросхемы наберут смертельную дозу за считанные месяцы. Самой большой проблемой космиче- ской электроники является столкнове- ние с тяжёлыми заряженными частица- ми (ТЗЧ) – это протоны, альфа-частицы и ионы больших энергий. ТЗЧ имеют та- кую высокую энергию, что «пробивают» микросхему насквозь (вместе с корпусом Применение общепромышленных стандартов для построения космических вычислителей Алексей Медведев Активно применяемая в зарубежных и отечественных разработках специального назначения COTS-технология является хорошим средством снижения временныˆх и финансовых затрат. В статье рассматривается опыт использования COTS для создания вычислителей, эксплуатируемых на борту космических аппаратов.