Василий Сергеевич Анашин ОАО «Научно-исследовательский институт космического приборостроения»

1. МЕЖДУНАРОДНАЯ ГАРМОНИЗАЦИЯ МЕТОДОЛОГИИ КОНТРОЛЯ СТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ К ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЯМ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА Василий Сергеевич Анашин ОАО «Научно-исследовательский институт космического приборостроения» г. Москва, Российская Федерация

2. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ (ИИ) КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА (КП)– ГЛАВЕНСТВУЮЩИЙ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ФАКТОР, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ СРОК АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (КА) Классификация отказов Другие 5-15% Электростатические (в т.ч. стимулирующее воздействие ИИ КП) 45-55% Радиационные (прямое воздействие ИИ КП) 30-50% Из-за эффектов одиночных событий зафиксированы отказы КА: Feng Yun I (Yun 1998), S II Jan (1998), Iron 9906 (1997); из-за дозовых эффектов – Hipparkos (Aug.1993). * Сбои и отказы наблюдались в 2005 – 2010 гг. в ЭРИ радиоэлектронной аппаратуры КА Глонасс, Экспресс, Персона, Коспас. * H.C.Koons et al.,The impact of the space environment on space systems,Aerospace technical Report TR-99 (1670) – 1, 1999) 2

3. С точки зрения стойкости в радиоэлектронной аппаратуре применима только ЭКБ с подтвержденными по результатам испытаний уровнями стойкости ко всем видам дозовых (TID, ELDRSи DD) и одиночных (SEU, SEFI, SET, SEL, SEHE, SEB, SEGR, SESB) эффектов, превышающими заданные требования. • Основной документ - протокол испытаний: • от производителя; • от потребителя. • ЭКБ (типономинал), квалифицированная производителем для космических применений (ESCC (ESA),QML-V, JAN-S (USA) и т.п.): • проверка протоколов испытаний на полноту и допустимость; • проведение испытаний по неподтвержденным характеристикам; • сравнение характеристик с требуемыми; • ЭКБ (партия), квалифицируемая потребителем для космических применений (COTS и т.п.): • проведение испытаний (полнота требований и допустимость методов); • сравнение характеристик с требуемыми; • дополнительная оценка: • однородности партии; • надежности производителя и поставщика; • доставаемости и «времени жизни»; • совместимости термо-механических условий эксплуатации; • совместимости с технологиями сборки-монтажа. • Выбор ЭКБ: • предварительный (до разработки РКД) – допускается экспериментально-аналитическая оценка; • окончательный (после разработки РКД) – только испытания допустимыми методами на допустимых установках. 3

4. ИСПЫТАНИЯ ЭКБ И СМЕЖНЫЕ РАБОТЫ • Нормы испытаний ЭКБ (из требований к РЭА): • НМО • ПО • «Модель космоса» • НМО • ПО • Подготовка образцов • ТС (ИГР,ОХМ, Д, Ид) • НМО • ПО Испытания ЭКБ (определение характеристик чувствительности) • Отраслевая • информационно- • справочная • система • ПО • БД • Испытательные средства • ИС • НМО • ПО Отраслевая система мониторинга воздействия ИИ КП на РЭА КА • Расчет трансформации ИИ • ТС (ИГР, ОХМ) • НМО • ПО • Показатели стойкости ЭКБ и РЭА: • НМО • ПО НМО – нормативно-методическое обеспечение ПО – программное обеспечение ИС – испытательные стенды ИГР- измерение геометрических размеров ОХМ –определение характеристик материалов Д – декапсуляция Ид- идентификация Смежные работы выделены цветом 4

5. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ИИ КП 5

6. МЕЖВЕДОМСТВЕННЫЙ ЦЕНТР РАДИАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ (МЦИ) ЭКБ - единственная организация, обеспечивающая проведение испытаний с полным соблюдением нормативно-методических и метрологических требований и легитимность результатов испытаний Создан по решению ВПК от 2008 года силами Росатома, Роскосмоса, Минпромторга, МО, Минобрнауки с целью реализации единой научно-технической политики в области радиационных испытаний ЭКБ, включая моделирование воздействия ИИ ЯВ и ИИ КП. ОАО «НИИ КП» является головной организацией МЦИ ЭКБ по номенклатуре Роскосмоса. Создана постоянно действующая рабочая группа Научно-технического совета (НТС) МЦИ ЭКБ для решения вопросов обеспечения испытаний ЭКБ на стойкость к ИИ КП. • Испытания проводятся на основании ежегодного координационного плана, создаваемого до 30 ноября по заявкам предприятий, отправляемым до 30.08 в головные организации (возможно указание базовой организации, в которой желательно проведение испытаний). Испытания ЭКБ на стойкость к ИИ КПдолжны проводиться только в базовых организациях МЦИ ЭКБ: • ОАО «НИИ КП» (одиночные эффекты); • НПЦ «Полюс» (дозовые эффекты, после метрологической аттестации); • НИИП (дозовые и одиночные эффекты); • ОАО «РНИИ «Электронстандарт» (дозовые и одиночные эффекты); • ОАО «ЭНПО «СПЭЛС» (дозовые и одиночные эффекты) • с соблюдением требований МЦИ ЭКБ и Роскосмоса. • При испытаниях ЭКБ на стойкость к одиночным эффектам предпочтительно использовать испытательные средства Роскосмоса(2010 -2011 годы – испытано более 800 типономиналов ЭКБ 4-мя испытательными лабораториями в интересах более 60 организаций – заказчиков). 6

7. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА:ДОЗОВЫЕ ЭФФЕКТЫ (ДЭ) Задача обеспечения испытаний в основном решена. Допустимые методы испытаний ЭКБ (результат работ рабочей группы НТС МЦИ): • на стойкость к ионизационным ДЭ: • - с использованием гамма-излучения • (Е ≥500КэВ); • - с совместным применением гамма- и рентгеновского излучения. • по структурным повреждениям с использованием: • гамма – нейтронного излучения; • протонного излучения. Развитие: Текущее состояние: • Испытательные средства имеются в необходимом количестве, в т.ч.: • испытательные стенды Роскосмоса (создано 2, завершается создание 2, начаты работы по созданию 2); • отраслевые нормативные документы по стандартизации Роскосмоса (создано 8, завершается создание 2); • программное обеспечение – комплект верифицированного программного обеспечения (DSG), зарегистрировано в отраслевом Фонде алгоритмов и программ. • Требуется создание испытательных средств испытаний ЭКБ с учетом низкой интенсивности, в т.ч.: • незначительная модернизация испытательных средств; • создание отраслевого нормативного документа по стандартизации. Результаты: Результаты: повышение точности испытаний ЭКБ с учетом низкой интенсивности ИИ КП. обеспечение испытаний ЭКБ. 7

8. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА: ОДИНОЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ (ОЭ) Основная проблема в области контроля стойкости ЭКБ к ИИ КП • Допустимые методы испытаний ЭКБ (результат работы рабочей группы НТС МЦИ): • преимущественно с использованием ускорителей ионов (протонов); • допускается (не для всех видов ОЭ) использование лазерных имитаторов (как правило, с последующим их подтверждением на ускорителях ионов или протонов). Развитие: • требуется создание испытательных стендов с использованием пучков ионов : • высоких (20 - 40 МэВ/н) энергий; • - сверхвысоких ( > 100 МэВ/н) энергий; • требуется создание технологических стендов: • определения геометрических размеров; • - определения состава корпусов и декапсуляции; • целесообразно создание испытательных стендов: • контроля воздействия естественных нейтронов; • точного моделирования воздействия электронов КП; • типовые методики испытаний с учетом специфики конкретной установки и определением погрешностей; • модификация программного обеспечения, в части учета трансформации пучков в атмосфере и в корпусе ЭКБ. Текущее состояние: • испытательные стенды (созданы 3, в процессе создания 1, начаты работы по созданию еще 2); • отраслевые нормативные документы по стандартизации Роскосмоса (создано 4, в процессе создания 1); • программное обеспечение (ОСОТ) – расчетное обеспечение испытаний ЭКБ, включая расчет частоты сбоев ЭКБ, зарегистрировано в отраслевом Фонде алгоритмов и программ. • Результаты: • контроль всех видов ОЭ в раскорпусированной ЭКБ всех функциональных классов; • соответствие передовому научно-техническому уровню и требованиям зарубежных стандартов; • внесение в международный перечень рекомендуемых испытательных средств; • в 2010-2011 гг. силами 4-х испытательных лабораторий в интересах более 60 организаций заказчиков испытано более 800 типономиналов ЭКБ. • Результаты: • испытания ЭКБ всех конструктивно-технологических особенностей; • повышение производительности; • испытания раскорпусированной ЭКБ в атмосфере; • корректная декапсуляция ЭКБ и повышение точности расчетов; • испытания закорпусированной ЭКБ. 8

9. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ЭКБ НА СТОЙКОСТЬ К ОЭ 9

10. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА (НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ ПО СТОЙКОСТИ) • NSREC – Международная конференция по ядерным и космическим радиационным эффектам. • RADECS – Международная конференцияпо радиационным эффектам в компонентах и системах. • SEES – Международный симпозиум по одиночным эффектам. • Задачи: - гармонизация нормативных, методических, аналитических и технологических процедур контроля стойкости, • прямые контакты с производителями ЭКБ, • - обучение российских специалистов, • доступ к базам данных по спецстойкой ЭКБ, • выступление с докладами. Цель: углубление кооперации с ведущими зарубежными предприятиями-изготовителями ЭКБ и испытательными центрамидля продвижения космической техники на международный рынок. • Результаты: • Подтверждено полное соответствие испытательных средств Роскосмоса требованиям зарубежных стандартов с включением их в международный перечень рекомендуемых установок. • Подтверждены корректность построения и результаты измерений создаваемой отраслевой системы мониторинга воздействия ИИ КП на РЭА КА. • Обеспечен доступ к ряду зарубежных информационных ресурсов. • Россия (Роскосмос) - официальный претендент на проведение RADECS-2015. • Назначен официальный куратор заявки-презентации России для представления на заседании Управляющего совета RADECS в марте 2012 г. Широкое участие в международных научно-технических конференциях и проведение конференции RADECS-2015 в России позволит: - повысить качество космической техники и обеспечить её соответствие требованиям зарубежных стандартов; - сократить временные затраты на поиск ЭКБ; - сократить сроки и затраты на закупку ЭКБ; - сократить временные и финансовые затраты на разработку нормативно-методического обеспечения испытаний; - получить доступ на мировой рынок услуг по проведению радиационных испытаний ЭКБ. 10

11. ИНФОРМАЦИОННО - СПРАВОЧНАЯ СИСТЕМА (ИСС) РОСКОСМОСА ПО СТОЙКОСТИ ЭКБ К ЕСТЕСТВЕННЫМ ИИ КП (www.kosrad.ru) Цель ИСС: предоставление разработчикам РЭА данных по характеристикам стойкости ЭКБ к ИИ КП и разнообразной справочной информации для первичного выбора ЭКБ для космических применений и оценки стойкости РЭА к ИИ КП. Регистрация в ИСС через отдел технологического обеспечения Управления технической политики и качестваФедерального космического агентства (Роскосмос) . Структура ИСС: 1. Web-сайт (образ базы данных, структура справочного раздела). 2. База данных (описание, характеристики, ссылки). 3. Справочный раздел (нормативные документы, библиография, конференции и т.п.). 4. Космическая погода (состояние, прогноз, алертный сигнал и т.п.). 5. Раздел испытательного центра. В настоящий момент база данных содержит более 20000 наименований ЭКБ, справочный раздел – более 2000 записей и постоянно пополняется, к ИСС подключено более 130 пользователей из 20 организаций. Запросы на ежегодное обновление отраслевой ИСС направляются испытательным центрам и организациям ракетно-космической промышленности. Ответственный за пополнение, обновление и сопровождение ИСС - ОАО «НИИ КП». • Направления развития: • Ежегодная актуализация ИСС по результатам испытаний ЭКБ и штатной эксплуатации РЭА КА. • Расширение функций в части технологических особенностей, характеристик по надежности, характеристик по вибро- и термопрочности. • Соглашение Роскосмоса с другими Агентствами о взаимопользовании базами данных по стойкости к ИИ КП. 11

12. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КОНТРОЛЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ ЭКБ К ИИ КП • Недостаточная полнота задания требований по стойкости ЭКБ к ИИ КП, как правило отсутствуют : • все виды одиночных эффектов; • температурный диапазон; • рабочие режимы. • Недостаточная оперативность и неполнота предоставления испытательными лабораториями различных ведомств сведений о результатах испытаний ЭКБ на стойкость к ИИ КП в информационно-справочную систему. • Недостаточная определенность статуса информации по стойкости ЭКБ и РЭА к ИИ КП (и смежным вопросам) в части порядка её отнесения к сведениям ограниченного распространения и/или могущим распространяться без ограничений, что вносит серьезные затруднения для работ по гармонизации требований, средств и методов по контролю и обеспечению стойкости (в т.ч. с зарубежными организациями). 12

13. ВЫВОДЫ • Испытательные средства обеспечивают контроль дозовых эффектов и проведение испытаний всех функциональных классов (но не всех конструктивно-технологических особенностей) ЭКБ на стойкость к одиночным эффектам всех видов, требуется их дальнейшее развитие, в целом они гармонизированы с зарубежными стандартами, в том числе по: • допустимым методам испытаний и требованиям к ним; • допустимому испытательному оборудованию , требованиям к нему • и, как следствие этого, включены в официальный буклет установок (Международная конференция по радиационным эффектам в компонентах и системах RADECS-2011) рекомендуемых для использования в ESA и других космических агентствах. • Разработано и согласуется временное Положение о порядке проведения испытаний ЭКБ на стойкость к ИИ КП в Федеральном космическом агентстве. • Разработан и находится в процессе согласования «План мероприятий по созданию испытательных средств Роскосмоса по контролю стойкости ЭКБ к ИИ КП». • Создана и обеспечивает разработчиков необходимыми данными отраслевая информационно-справочная система по стойкости ЭКБ, целесообразно её дальнейшее развитие, в том числе в качестве межотраслевой ИСС и ИСС МЦИ ЭКБ. • Целесообразна интенсификация работ по созданию системы мониторинга воздействия ИИ КП на РЭА КА (бортовой и наземный сегменты) и решение вопроса о размещении бортовых приборов на всех КА, включая создание «модели космоса» (нормативно-методический документ с пакетом программного обеспечения). • Необходимо обеспечить широкое участие представителей предприятий России в основных международных научно-технических конференциях по тематике контроля и обеспечения стойкости к ИИ КП, а также проведение RADECS-2015 в Москве. 13

14. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ 14

15. ВИДЫ ОДИНОЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ (ОЭ) 2.1

16. ЭКБ, КВАЛИФИЦИРОВАННАЯ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ ESCCQPL (European Space Components Coordination Qualified Part List, ESA Europe) ESCCEPPL (European Space Components Coordination European Preferred Part List, ESA Europe) GSFCPPL (Goddard Space Flight Center Preferred Part List, NASA USA) GSFCQPLD (Goddard Space Flight Center Qualified Part List Directory, NASA USA) NPSL (NASA Part Selection List, NASA USA) ? MIL-HDBK-103AJ (Milutary Handbook, DSCC USA) JAXAQPL (Japan Aerospace Exploration Agency Qualified Part List, JAXA Japan) ?? AmsEPPL (AMS Electronics Preferred Part List, Cern Europe) 3.1

17. ГОЛОВНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ МЦИ ЭКБ (в соответствии с Положением о порядке проведения испытаний) РФЯЦ – ВНИИЭФ (по номенклатуре Росатома). НИИП (по номенклатуре Минобороны ). НИИ КП (по номенклатуре Роскосмоса). РНИИЭлектронстандарт (по номенклатуре Минпромторга). МИФИ (по номенклатуре Минобрнауки). БАЗОВЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ МЦИ ЭКБ (в соответствии с Положением об МЦИ ЭКБ) • Росатом: РФЯЦ – ВНИИЭФ, НИИП, РФЯЦ – ВНИИТФ, ФНПЦНИИИС, ГНЦ РФ – ФЭИ, ГНЦ РФ ИТЭФ, ГНЦИФВЭ. • Роскосмос: НИИ КП, ИТЦ – НПО ПМ, НПЦ ПОЛЮС, РКС, ИРЗ – Тест, АКНИИПО. • Минобороны: 12 ЦНИИ, 22 ЦНИИИ. • Минпромторг: РНИИЭлектронстандарт. • Минобрнауки: МИФИ, ЭНПОСПЭЛС. 6.1

18. ТРЕБОВАНИЯ РОСКОСМОСА К ИСПЫТАТЕЛЬНЫМ ЛАБОРАТОРИЯМ ПО КОНТРОЛЮ СТОЙКОСТИ ЭКБ К ИИ КП • Аккредитация в соответствии с порядком, изложенном в «Положении о межведомственном центре испытаний радиационной стойкости ЭКБ». • Использование метрологически аттестованных испытательных и измерительных средств. • Использование согласованных с Роскосмосом методов испытаний (в т.ч. соответствующих зарубежным). • Своевременная и полная разработка координационного плана испытаний. • Предоставление результатов испытаний в информационно-справочную систему. • Документирование и архивирование КД и ТД РМ испытаний (в т.ч. технологических приспособлений и оснастки). • Документирование и архивирование программного обеспечения, используемого при испытаниях. • Использование для обработки результатов испытаний верифицированного ПО. • Паспортизация РМ испытаний (вкл. технологические приспособления и оснастку). • Хранение технологических приспособлений и оснастки. • Архивация результатов испытаний (включая программы и методики). • Периодическая проверка выполнения базовыми организациями требований МЦИ и Роскосмоса к испытаниям стойкости ЭКБ к ИИ КП. 6.2

19. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ «КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ» • Вариации галактических • космических лучей • Параметры межпланетной среды • (электроны и протоны ЕРПЗ) • Состояние Солнца: • изображение в X-ray • (вспышки) • магнитное поле • солнечный ветер • количество пятен • изображение в УФ ПРОГНОЗ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ • Алерт больших протонных событий • Прогноз геомагнитной активности • Прогноз солнечной активности • Прогноз солнечных протонных возрастаний • Прогноз потока электронов (>2 МэВ) ●На сутки ●На неделю ●На месяц 11.1