СТА №3/2017

спутника) и оставляют за собой «шлейф» заряда. В лучшем случае это может при- вести к программной ошибке (0 стано- вится 1 или наоборот), в худшем – к ти- ристорному защёлкиванию. У защёлк- нутого чипа питание закорачивается с землёй, через него может идти очень большой ток, в результате может сгореть микросхема. Если успеть отключить пи- тание и подключить до сгорания, то всё будет работать, как обычно. Тяжёлые заряженные частицы кос- мического пространства, воздействуя на интегральные микросхемы (ИМС), могут вызвать искажения отдельных битов данных или программы. Интен- сивность сбоев зависит от типа исполь- зуемой памяти, параметров орбиты и активности Солнца. Бороться с защёлкиванием можно несколькими способами. 1. Следить за потребляемым током и быстро передёргивать питание. 2. Использовать микросхемы на сапфи- ровой подложке (Silicon-on-sapphire, SOS, в более общем виде Silicon-on- insulator, SOI) – это исключает фор- мирование биполярных паразитных транзисторов и защёлкивание. Про- граммные ошибки, тем не менее, мо- гут быть. Пластины из кремния на сапфире стоят дорого, обрабатывать их сложно, и они имеют ограниченное применение в гражданском секторе, следовательно, производство получа- ется дорогим. В настоящее время в большинстве случаев применяют SOI в общем виде — с оксидом в виде ди- электрика. 3. Использовать так называемый про- цесс triple-well – он также очень силь- но снижает возможность защёлкива- ния микросхемы за счёт дополнитель- ной изоляции транзисторов p–n-пе- реходом, но не требует каких-то осо- бенных пластин или оборудования, и в результате само производство на- много дешевле кремния на сапфире. Исторически в СССР и России ча- ще работают с кремнием на сапфире, а на Западе стараются как можно боль- ше использовать обычный кремний с triple-well (чтобы совмещать с коммер- ческими продуктами и снижать стои- мость), но и SOS/SOI тоже делают по необходимости. В случае когда из-за ТЗЧ в космиче- ской аппаратуре произошло искажение содержимого памяти или логика срабо- тала неправильно, бороться с этим остаётся только архитектурными спосо- бами, например: ● мажоритарной логикой, когда мы со- единяем по 3 копии каждого нужного нам блока на некотором расстоянии друг от друга – тогда 2 правильных ответа «пересилят» один неправиль- ный, использованием более стойких к ошибкам ячеек памяти (из 10 тран- зисторов вместо обычных 6), ● использованием кодов коррекции ошибок в памяти, кэш и регистрах. Но полностью от ошибок избавиться невозможно, ведь может случиться, что ТЗЧ (вернее, целый веер вторичных ча- стиц) пройдут точно вдоль чипа, и часть компонентов чипа может сработать с ошибкой. Тут и нужна высоконадёжная система из нескольких независимых компьютеров и правильное их програм- мирование. В итоге использование гражданских микросхем в космосе ограничено эф- фектом защёлкивания и возможно в лучшем случае на низких орбитах. На высоких орбитах и в дальнем космосе нужны специальные радиационно- стойкие микросхемы, так как там мы лишены защиты магнитного поля зем- ли, а от высокоэнергетических частиц космической радиации спасёт разве что метр свинца [2]. Сферы применения COTS-технологии должны быть чётко очерчены, их неправильное использо- вание может привести к отрицательным результатам. П РИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ COTS- ТЕХНОЛОГИЙ В КОСМОСЕ Подтверждением использования в космосе COTS-технологий и промыш- ленной ЭКБ является растущая по- пулярность спутников, выполненных по стандарту CubeSat. CubeSat (кубсат) – формат малых (сверхмалых) искусственных спутников Земли для исследования космоса, имеющих объём 1 литр и массу не более 1,33 кг или несколько (кратно) более (рис. 1). Эти спутники обычно используют шасси-каркас спецификации CubeSat и покупные стандартные комплектую- щие – COTS-электронику и прочие уз- лы. Спецификации CubeSat были раз- работаны в 1999 году Калифорнийским политехническим и Стэнфордским университетами, чтобы упростить соз- дание сверхмалых спутников. Спецификация CubeSat включает в себя стандартизированные габариты и архитектуру. Все CubeSat подразделя- ются на размерности 1U (10 × 10 × 10 см), 2U (10 × 10 × 20 см), 3U (10 × 10 × 30 см) и так далее. Стандарт CubeSat не ограничивает фантазию разработчиков и инженерные подходы для построения космических аппаратов. Здесь не существует обще- принятых инструкций по сборке, то есть универсальных стандартов, описы- вающих информационные, механиче- ские или электрические интерфейсы. Есть рекомендации по соответствию га- баритов электронных плат форм-фак- тору PC/104, некоторые подходы к рас- пайке контактов, по информационным шинам и шинам питания, но конкрет- ная реализация у каждого разработчика может быть индивидуальной [3]. Создаются спутники CubeSat из элек- троники индустриального класса, то есть той, которая предназначена для РАЗ РА БОТ КИ / КОСМОНА В Т ИКА 55 СТА 3/2017 www.cta.ru Рис. 1. Спутник стандарта CubeSat компании «Даурия Аэроспейс» Иллюстрация с сайта http://www.rusnano.com