C'est ce que je fais! Beaucoup, beaucoup d'excellents livres ont été écrits sur le sujet, mais comme une brève liste à puces, axée en particulier sur les systèmes embarqués pour l'utilisation de l'espace:
En général, nous utilisons de nombreuses pratiques de conception à haute fiabilité apprises au cours de plusieurs décennies de leçons durement apprises de la défense, de l'aviation et même de l'automobile (contrôleurs de frein, ABS). Cela comprend des méthodes de tolérance aux pannes (n-redondance, sécurité intégrée, etc.), une analyse rigoureuse et un contrôle de la qualité des logiciels et du matériel, et le respect des nombreuses normes écrites sur le sujet (particulièrement critique si vous travaillez pour une entreprise traditionnelle). environnement spatial).
Pour l'électronique en particulier, le rayonnement ionisant et le manque de magnétosphère terrestre sont les plus importants. En tant que simplification excessive, nous pouvons nous diviser en deux classes: la dose d'ionisation totale (TID) et les effets à événement unique . Les deux ont des atténuations qui vont de jeter beaucoup d'argent sur du matériel spécialisé et des solutions logicielles / de conception intelligentes qui peuvent atténuer suffisamment les effets d'une manière beaucoup moins chère.
TID est exactement ce à quoi cela ressemble - au fil du temps, vous accumulez des dommages causés par les rayonnements ionisants et, éventuellement, vos semi-conducteurs cessent de devenir des semi-conducteurs. Les effets varient énormément en fonction de la taille du processus, de la composition et de nombreux autres effets au niveau de l'appareil, mais les effets que vous pouvez voir incluent un décalage de tension de seuil MOSFET - imaginez un MOSFET à canal N qui Vt dérive lentement vers le bas jusqu'à ce qu'il soit toujours activé. Certains processus incroyablement durcis ont été développés pour prendre en charge des quantités de doses très élevées - la mission Juno destinée à Jupiter possède un matériel incroyable à l' intérieur d'une voûte massive et littérale .
Une note annexe sur le TID, étant donné que, bien sûr, les effets des rayonnements sont également intéressants pour les applications terrestres telles que les armes nucléaires, les tests sont souvent effectués à des débits de dose élevés et faibles. Certains dispositifs semi-conducteurs expriment des résultats différents pour les deux - par exemple, un article que j'ai lu a soumis un LDO à des débits de dose élevés et faibles. L'un a dégradé le circuit à bande interdite de Brokaw, faisant chuter la tension de sortie au fil du temps. L'autre a dégradé la bêta du transistor de sortie, réduisant le courant de sortie au fil du temps.
Des effets à événement unique peuvent également être observés sur Terre - la plupart des gens connaissent les mémoires ECC DDR pour les applications critiques, par exemple. De plus, la plupart des avions commerciaux doivent en tenir compte, car leur altitude de fonctionnement est suffisamment élevée pour que les neutrons de haute énergie puissent provoquer un dysfonctionnement du circuit électronique. Ceci est communément appelé `` bit-flips '' - une particule énergétique se déplace à travers un circuit, conférant un transfert d'énergie linéaire (LET) qui peut être suffisant pour provoquer un bit-upset (SEU), une condition de verrouillage ( SEL) qui conduit à un appel de courant élevé en raison du comportement parasite du BJT, de la rupture de la grille MOSFET (SEGR) et du burn-out (SEB). Vous pouvez classer de manière générale tout événement entraînant une défaillance du système en tant qu'interruption fonctionnelle SEFI - événement unique.
Je vais appeler spécifiquement le verrouillage . Il existe des spécifications terrestres pour le verrouillage qui relèvent de JESD78, mais celles-ci ne sont pas conçues pour des conditions de verrouillage radio-induites. Le mécanisme est similaire entre les deux - une structure NPN parasite peut être alimentée dans une construction CMOS conventionnelle, provoquant la création d'un chemin de faible impédance entre la puissance et la terre. Bien sûr, cela entraînera de grandes quantités de courants traversant une partie de la puce qui n'a jamais été conçue pour elle. En se souvenant des fils de liaison de densité de courant et de diverses parties des matrices, elles sont conçues pour, si cette situation n'est pas corrigée, que la puce mourra d'une mort ardente. Une atténuation courante est un capteur de courant en amont qui réagit pour couper l'alimentation et supprimer le verrouillage.
En termes de logiciels et de processeurs, je le résume à deux problèmes majeurs. La première consiste à protéger la mémoire volatile - fichiers de registre, RAM (SRAM / DRAM), etc. Il serait regrettable que votre registre PC prenne une SEU et saute soudainement ailleurs. Deuxièmement, protège non volatilemémoire - votre logiciel est inutile s'il est corrompu et ne peut pas s'exécuter. La protection volatile habituelle est ECC (SECDED habituellement) plus un nettoyage continu des erreurs. Pour les produits non volatils, c'est beaucoup plus difficile - de grandes quantités de mémoire durcie sont incroyablement coûteuses à l'achat, au détriment des missions scientifiques de la NASA / ESA. Certaines personnes utilisent la redondance n, d'autres utilisent des technologies nativement durcies comme MRAM ou FRAM (dans une certaine mesure, pour le travail COTS) et d'autres paient les fournisseurs à plus de six chiffres pour un stockage hautement fiable et critique.
Mécaniquement, au moins en orbite LEO, vous faites un cycle thermique entre le soleil et l'obscurité toutes les 45 minutes. Cela s'ajoute à la nécessité de survivre aux rigueurs du lancement - mes collègues mécaniciens ont également un ensemble d'exigences qu'ils conçoivent (je crois qu'une partie est GEVS ) pour nous assurer de survivre au lancement à haut G d'une fusée. Ils font une quantité impressionnante d'analyses et de tests avant le lancement pour s'assurer que nous ne devenons pas des morceaux de flotsam en cours de montée. Dans l'assemblage, nous évitons d'utiliser des soudures sans plomb et enduisons tous les assemblages électriques.
Thermiquement, il n'y a pas de convection dans l'espace. Pour les circuits intégrés haute puissance, le seul chemin de transfert de chaleur est le rayonnement et la conduction. Des conceptions intéressantes de dissipateur de chaleur doivent être envisagées pour éliminer efficacement la chaleur d'un appareil en utilisant uniquement ces deux méthodes. De plus, les tests sur le terrain deviennent du matériel, car non seulement vous avez besoin d'une chambre thermique, mais également d'une chambre à vide. Voici quelques photos des chambres TVAC du JPL.
Travaillant dans un "nouvel espace", où les gens ne construisent pas des oiseaux GEO / MEO massifs qui soutiennent la sécurité nationale critique ou les besoins commerciaux, souvent les pièces COTS sont volées après avoir subi des tests / analyses sur le terrain pour voir comment elles s'en sortent. Alors que l'on peut acheter une porte quad-NAND 74xx00 tolérante à plusieurs centaines de krads pour quelques centaines de dollars, certaines personnes peuvent tester beaucoup de 74LVC00 ou des pièces similaires pour voir comment elles se comportent également. Tout dépend du niveau de risque que vous êtes prêt à tolérer.
Mon expérience est dans la conception d'électronique automobile, grand public et industrielle, avant de me lancer dans le spatial. Donc, souvent mon processus de pensée est "mec, je vais utiliser cette partie monolithique impressionnante et de faible puissance! Oh, attends - espace.". Cela est généralement remplacé par la réflexion sur la façon dont je peux discrétiser et minimiser cette solution pour une stabilité des composants résistants aux radiations ou durcis aux radiations en fonction de la connaissance (soit des tests, soit des prévisions basées sur la technologie des processus) de leur rayonnement. performance.
Si cette réponse suscite plus d'intérêt, je vais probablement revenir en arrière pour la remplir / la modifier pour être plus propre.