XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время весьма остро стоит задача обеспечения высоких показателей эксплуатационной надежности приборов и аппаратуры в условиях радиационного воздействия (электронов, протонов, тяжелых заряженных частиц, рентгеновского и гамма-излучения). Радиационная стойкость аппаратуры определяет срок ее активного использования и безотказной работы. Это особенно актуально для радиоэлектронных систем, входящих в состав бортовой аппаратуры космических аппаратов.

При испытаниях и штатной эксплуатации изделий ракетно-космической техники решение задач информационно-телеметрического обеспечения возложено на датчико-преобразующую аппаратуру (ДПА). Под ДПА принято понимать технические средства с нормируемыми метрологическими или точностными характеристиками, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. индикации или передачи. Основными показателями качества ДПА являются высокая надежность и работоспособность в сложных условиях эксплуатации с сохранением установленных метрологических характеристик.

Принципиальной особенностью проведения радиационных испытаний на моделирующих установках является дистанционный контроль регистрируемых параметров ЭУ в процессе и после облучения. При этом для обеспечения дистанционного контроля применяют специализированные измерительные линии, учитывающие специфику моделируемого радиационного воздействия.

Типовая модель организации РЭС на МУ представлена блок-схемой

Рисунок 1 – Схема организации дистанционных измерений при проведении испытаний ЭУ на МУ

МУ – моделирующая установка; ТП – технологическое помещение; ЭО – экспериментальный объем; БЗ - биологическая защита; РЭС – радиоэлектронное средство; ДИ – датчики излучения; ИП – измерительное помещение; КИА – контрольно-измерительная аппаратура; СС – система синхронизации; ИЛ(РЭС) – измерительная линия РЭС; ИЛ(ДИ) - измерительная линия ДИ.

Проведение испытаний. Объект испытаний размещают в экспериментальном объеме технологического помещения (ТП) в котором располагается моделирующая установка. Биологическая защита необходима для локализации моделируемых ионизирующих излучений внутри технологического помещения и обеспечения безопасности персонала и КИА, размещающихся в измерительном помещении. Предполагаемый уровень моделируемого воздействия задают с помощью картограмм полей излучения путем выбора расстояния от объекта испытаний до выводного узла МУ.

Конкретное значение достигнутых при испытаниях уровней облучения определяют в процессе испытаний по показаниям дозиметров, тип которых зависит от моделируемого воздействия. Датчики излучения формируют электрический сигнал, характеризующий форму моделируемого воздействия. На импульсных моделирующих установках этот сигнал используется для синхронизации работы контрольно- измерительной аппаратуры и моделирующей установки, а также для определения мощностных характеристик воздействующего фактора.

Реакция РЭС по измерительной линии поступает для регистрации на измерительные входы контрольно-измерительной аппаратуры. С помощью КИА по измерительной линии также задают требуемые электрические режимы РЭС. Наличие необходимой биологической защиты технологического оъема ограничивает минимальную длину измерительных линий, что особенно важно учитывать при разработке измерительных методик, которые должны обеспечивать максимальную достоверность получаемых результатов.

Отличительной особенностью проведения испытаний на импульсных ускорителях является наличие сопутствующих электромагнитных помех достаточно высокого уровня. Поэтому необходимо использовать специальные методы защиты измерительных линий от воздействия электромагнитных наводок.

Основным регламентирующим документом, определяющим требования к радиационной стойкости изделий, является технические условия или техническое задание на проектирование, в которых определяется принадлежность изделий к той или иной группе применения.

Принадлежность изделий к определенному классу ЭУ устанавливается исходя из общности функционального назначения и конструктивно-технологических признаков изделий, определяющих основные подходы к оценке показателей радиационной стойкости изделий в пределах данного класса. Например, существуют типовые методики испытаний биполярных транзисторов малой мощности, СВЧ- приборов, биполярных и КМОП ИС и др. Каждая типовая методика имеет установленный срок действия и периодически перерабатывается и дополняется в соответствии с изменением конструктивно-технологических признаков изделий, совершенствованием измерительных методик и разработкой более совершенных методов расчетно-экспериментальной оценки показателей стойкости. Типовая методика содержит следующие разделы:

– общие положения;

– описание объекта;

– перечень контролируемых параметров;

– требования по стойкости к излучениям;

– моделирующие установки;

– нормы, состав и последовательность испытаний;

– порядок определения выборки ЭУ;

– методику обработки результатов;

– оценку соответствия ЭУ заданным требованиям.

В разделе «общие положения» указывают область применения типовой методики испытаний, порядок разработки, согласования, утверждения и изменения, дату введения в действие и срок действия этой методики.

В разделе «описание объекта испытаний» дают его критическую характеристику и приводят данные его физико-топологического состава, элементного состава, конструкционных материалов и т.д.

В разделе «перечень контролируемых параметров» должны содержаться:

– обоснование выбора каждого контролируемого параметра в качестве критериального;

– структурные схемы измерения каждого контролируемого параметра с учетом специфики дистанционных измерений. Здесь же указываются типы контрольно-измерительной аппаратуры, используемый диапазон частот, ожидаемые амплитуды измеряемых сигналов, тип и длины коммуникационных линий, волновое сопротивление, сопротивление нагрузки. Дается оценка погрешности измерения контролируемых параметров;

– порядок расчетно-экспериментальной оценки величин электрических токов и потенциалов, возникающих в процессе облучения изделия, дополнительной оснастки, коммуникационных линий, а также помех в контрольно-измерительной аппаратуре.

В разделе «требования по стойкости к излучением» приводятся методики расчета радиационных эффектов в различных видах ЭУ исходя из требований НТД (ГОСТ, ТУ).

Приводятся методики расчета аналитических и графических зависимостей от времени и мощностей поглощаемых доз ИИ, затраченных на ионизацию и структурные повреждения в активных элементах РЭС, а также сами расчетные значения этих доз. Зависимости находят исходя из требований ТЗ (ТУ), амплитудно-временных и спектрально-энергетических характеристик полей ИИ в условиях применения, а также с учетом последовательности и комплексности воздействия ионизирующих излучений.

Для рентгеновского, электронного, протонного и других слабо проникающих излучений приводят методики расчета значений, минимальной и максимальной величин поглощенных доз в активных элементах, исходя из направления потока излучений, падающих на прибор, и его конструкционных особенностей. Приводятся данные по изменению электрической прочности изделий при совместимости воздействий ионизирующих излучений и электрических напряжений.

Экспериментальное определение показателей радиационной стойкости проводят на МУ с аттестованными амплитудно-временными и спектрально энергетическими характеристиками. Состав и последовательность испытаний определяют, исходя из объема требований, предъявляемых к радиационной стойкости конкретных объектов.

«Моделирующие установки» – это источники радиационных воздействий, имеющих единую физическую природу и близкие характеристики с радиационными факторами, воздействующими в реальных условиях эксплуатации. В соответствии с качественными различиями амплитудно-временных и спектрально-энергетических характеристик ИИ, различают импульсные моделирующие установки для воспроизведения составляющих ИИ ЯВ и установки статические (для моделирования ИИ ЯЭУ и КП).

Импульсные ядерные реакторы, импульсные источники излучения и установки статического гамма-излучения используют для моделирования воздействия ИИ ЯВ.

По своим предельным параметрам МУ позволяют получать в импульсе в небольших объемах потоки нейтронов спектра деления до 1014 - 1015 нейтр/см2 за время 10-4-10-3 с, мощности дозы гамма-излучения до 1012 рад/с при длительности 10-8 – 10-9 с.

Раздел «нормы, состав и последовательность испытаний» определяет методику испытаний, исходя из требований к стойкости, задаваемых в ТЗ (ТУ), характеристик ИИ, выбранных для испытаний МУ, а также в зависимости от типа испытуемых ЭУ.

Если не оговорено в ТЗ (ТУ), то количество выборок должно соответствовать составу испытаний.

Для оценки стойкости ЭУ приводят «методики обработки результатов», позволяющие рассчитать необходимые параметры по результатам измерений, методики прогнозирования и методики обработки результатов для определения вероятного изменения критериальных параметров в условиях применения. Состав этих методик определяет разработчик изделия по согласованию с заказчиком, исходя из целей испытаний.

В разделе «оценка соответствия ЭУ заданным требованиям» оценивается стойкость к воздействию ионизирующих излучений. По результатам проведения испытаний они считают изделие соответствующим этим требованиям, если во время и после воздействия этих излучений параметры всех ЭУ выборки находятся в пределах норм, установленных в ТЗ (ТУ) для всех рабочих режимов и во всем рабочем диапазоне температур.

В отдельных случаях при испытаниях используются имитирующие установки или имитаторы, т.е. источники воздействий различной физической природы, обеспечивающие адекватное проявление и моделирование в изделиях доминирующих эффектов, вызываемых воздействием радиационных факторов в реальных условиях эксплуатации изделий. Имитационные испытания следует проводить, когда отсутствуют соответствующие моделирующие установки, а также при отработке методик аттестационных испытаний в части выбора параметров-критериев стойкости, режимов и условий испытаний, при проверке применяемых технологических,конструктивно-топологических, схемотехнических и функциональных решений, направленных на снижение радиационной чувствительности изделий в процессе их разработки, при проведении периодических испытаний в условиях неритмичного производства и изготовления изделий малыми партиями.

Подведем итог всего вышеизложенного. Обеспечение радиационной стойкости — одна из основных задач, стоящих перед космической промышленностью. Следовательно, проблема достоверной оценки стойкости на этапе проектирования космического аппарата — проблема первостепенной важности, причем не только в России, но и во всем мире. Существенное уменьшение объемов выпуска радиационностойкой компонентной базы и сокращение на рынке числа фирм-производителей таковой продукции привело к применению в космических аппаратах ЭК коммерческого уровня качества. Основная причина этого — экономическая: цена на коммерческую продукцию на 1–2 порядка ниже, чем на радиационно-стойкую.

Код для цитирования: Скопировать