AIAA - American Institute of Aeronautics and Astronautics
Alcance
"Introducción La creciente preocupación por los efectos de la radiación atrapada en la microelectrónica@ junto con la disponibilidad de nuevos datos@, cambios a largo plazo en el campo magnético de la Tierra@ y variaciones en los flujos de radiación atrapada@ han generado la necesidad de herramientas mejores@ y más completas para modelar la El entorno de radiación atrapada de la Tierra y sus efectos en los sistemas espaciales. Los objetivos de esta guía son describir el estado actual de esos esfuerzos y revisar los métodos para abordar los problemas asociados con la modelización del entorno de radiación atrapada de una manera práctica y sistemática. El objetivo final será señalar el camino hacia métodos cada vez mejores para probar @ diseñar @ y volar sistemas de naves espaciales confiables en el entorno de radiación de la Tierra. Para preparar el escenario para estas discusiones @ una revisión de los conceptos clave asociados con el modelado del entorno de radiación y sus efectos Se presentará primero. La revisión incluirá una descripción de los principales modelos del entorno de radiación atrapada actualmente disponibles. A continuación se describirán los resultados recientes de experimentos de radiación realizados en naves espaciales como CRRES@ SAMPEX@ y Clementine. El informe concluirá con una discusión detallada del estado actual de la modelización del entorno radiológico y recomendará un plan a largo plazo para mejorar las capacidades en esta importante área ambiental. Debido a la creciente sofisticación y al alto nivel de integración física de la electrónica y los componentes electrónicos, los efectos de la radiación han adquirido una nueva importancia en el diseño de naves espaciales. Por ejemplo, la rápida caída en los niveles de potencia y voltaje y la caída asociada en el tamaño de las características de los componentes integrados (CI) han mejorado en gran medida la sensibilidad de los CI a los efectos de evento único (SEES). El impulso hacia piezas comerciales listas para usar a menudo ha llevado a piezas que son mucho menos tolerantes a la radiación, aunque esto no siempre es cierto. En general, los requisitos para naves espaciales "más baratas, mejores y más rápidas" han exacerbado esta tendencia hacia piezas que son cada vez más sensibles a la radiación. El resultado es que, lejos de desaparecer con el tiempo, los efectos de la radiación (tanto la dosis ionizante total como los efectos de un solo evento) están dominando cada vez más las preocupaciones de diseño de los fabricantes de satélites en todos los ámbitos. Si a esto le sumamos el deseo de muchos nuevos proveedores de comunicaciones multisatélite de colocar sus constelaciones en medio de la parte más dura de los cinturones de radiación, el modelado preciso del entorno de radiación atrapada y sus efectos se convierte en un problema muy real a largo plazo para las naves espaciales. comunidad en general. Resolver los problemas de los efectos de la radiación atrapada en las naves espaciales no es tan simple como desarrollar mejores modelos o más blindaje. Aunque se trata de soluciones en muchas situaciones, en general, la mayoría de los diseñadores de naves espaciales comerciales no pueden permitirse ni las grandes incertidumbres de los modelos actuales ni la masa adicional necesaria para cubrir los márgenes de diseño requeridos. Más bien@ el diseño adecuado de sistemas resistentes a la radiación requiere compensaciones complejas entre las partes@ el blindaje@ el software@ las operaciones@ la redundancia@ y la configuración de la órbita. Cada una de estas "soluciones" está sujeta a incertidumbre y tiene un impacto en el costo del diseño final. Desafortunadamente@ el componente clave@ el propio entorno de radiación atrapada@ no está bien definido (se considera que las observaciones y predicciones que varían en factores de dos para misiones de 5 a 11 años en órbita terrestre están en excelente acuerdo; para misiones más cortas@ factores cercanos a 10 -100 son fácilmente posibles). Incluso dada una descripción "promedio" precisa del medio ambiente, se han observado variaciones a corto plazo de varios órdenes de magnitud en la dosis y tasas de alteración de evento único (SEU, por sus siglas en inglés) en el lapso de horas (por ejemplo, los eventos de protones solares de 1989). . Lo que complica la aplicación práctica del entorno radiológico al diseño de naves espaciales: los códigos de transporte de radiación y las estimaciones de los efectos de los daños causados por la radiación suelen ser inexactos. Las comparaciones entre pruebas en tierra y mediciones in situ han mostrado desacuerdos significativos. Además, las piezas utilizadas en la nave espacial pueden mostrar variaciones en la sensibilidad de factores de 2 a 10 @ incluso dentro del mismo lote de piezas. A menudo, la forma en que se utiliza realmente un sistema puede enmascarar o, con suerte, limitar los efectos del daño por radiación. Por lo tanto@, hasta cierto punto@, mitigar los efectos de la radiación es un arte negro y@ cada vez más@ un arte muy costoso para el cual cualquier imprecisión en el conocimiento del entorno de radiación atrapada se convierte en un componente crítico. Sin embargo, la solución definitiva es un proceso integral que trate todas las incertidumbres. "