ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ БОРТОВОЙ РЭА КА К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИИ КП – СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДОЛОГИЯ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ к.т.н. Ужегов. - презентация

1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ БОРТОВОЙ РЭА КА К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИИ КП – СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДОЛОГИЯ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ к.т.н. Ужегов В.М. ФГУП ЦНИИмаш

2 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ПОСТ В соответствии с КС «Мороз-6» (ГОС Р В ) при разработке бортовой РЭА должна разрабатываться и реализовываться программа обеспечения стойкости (ПОСТ). ПОСТ РЭА должна содержать следующие основные мероприятия: - уточнение ожидаемых локальных условий функционирования РЭА и особенностей воздействия на нее ИИ КП, конкретизация требований по стойкости к составным частям аппаратуры; - прогнозирование стойкости возможных вариантов схемного, конструктивного и структурно- функционального построения аппаратуры, выбор оптимального варианта ее построения; - сбор и анализ информации о стойкости отечественных и зарубежных ЭРИ, выбор и обоснование номенклатуры ЭРИ; - проведение расчетной оценки ожидаемых показателей стойкости подсистем и аппаратуры в целом; - определение критериев стойкости и установление допусков на выходные параметры подсистем и комплектующих ЭРИ исходя из требований к выходным параметрам аппаратуры; - разработка (при необходимости) специальных технических решений по обеспечению требуемых показателей стойкости аппаратуры; - определение состава подсистем аппаратуры для проведения предварительных и (или) зачетных (государственных) испытаний, составление программ и методик испытаний и проведение испытаний на воздействие ИИ; - проведение схемно-конструктивных доработок ( при необходимости) подсистем и аппаратуры в целом, уточнение номенклатуры ЭРИ. Указанные выше вопросы должны решаться на всех этапах разработки аппаратуры. -

3 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 1. Уточнение ожидаемых локальных условий функционирования РЭА и особенностей воздействия на нее ИИ КП, конкретизация требований по стойкости к составным частям аппаратуры. В ТТЗ (ТЗ) на разрабатываемый КА требования по стойкости ИИ КП, бывают заданы либо по КС «Мороз-6» (пока очень редко), либо по КС «Канопус». И в том и в другом случае эти требования нуждаются в уточнении. В первом случае - из-за того, что по в КС «Мороз-5» эти требования установлены максимальными для интервала орбит по высоте. Уточнение применительно к конкретной орбите может привести к снижению требований до порядка величины (слайды 3,4). Во втором случае – из-за того, что данный комплекс стандартов устарел и не отвечает современным т требованиям (слайд 5, 6). В большинстве случаев в ТЗ устанавливают максимальные требования по дозе, соответствующие сферической форме защиты. На данном этапе уже имеется конструкция КА и при наличии программы, обеспечивающей расчет массовой толщины защиты с учетом трехмерности объекта, поглощенные дозы для отдельных блоков могут существенно снижены. Если такие программы отсутствуют, можно воспользоваться рекомендациями ОСТ , в соответствии с которыми для многих составных частей аппаратуры правомочно использование установление требований по дозе при защите в форме полуплоскости, что также существенно позволит снизит снизить требования по дозе (слайд7,8). Результатом этой работы должны быть разработка и согласование с ПЗ дополнений и уточнений к требованиям стойкости аппаратуры (установление локальных требований, предъявляемых к составным частям аппаратуры, исходя из общих требований, предъявляемых к аппаратуре в целом).

4 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 2. Прогнозирование стойкости возможных вариантов схемного, конструктивного и структурно- функционального построения аппаратуры, выбор оптимального варианта ее построения. Как правило, во многих случаях часть составных частей РЭА заимствуется из ранее разработанной. В этом случае основная задача по обеспечению радиационной стойкости этих составных частей сводится к сравнению уровней стойкости ранее разработанной аппаратуры с локальными уровнями требований. Если требования оказываются выше, требуется установить причины не достаточной радиационной стойкости. По дозовым эффектам причиной недостаточной стойкости, как правило, является недостаточная стойкости нескольких типов ЭРИ (как показывает практика, ограничивают стойкость отдельных составных частей РЭА является небольшое количество изделий: один – максимум два типа изделий). Представляется целесообразным уже на данном этапе разработки предусмотреть либо замену ограничивающих стойкость типов ЭРИ с соответствующим схемотехническими и конструкторскими изменениями, либо рассмотреть возможность снижения дозовой нагрузки на них за счет конструктивной защиты. По одиночным эффектам причиной недостаточной стойкости, как правило, являются ЭРИ, чувствительные к одиночным отказам (одиночный пробой, тиристорный эффект). Кроме того, на данном этапе целесообразно проанализировать вопрос обеспечения сбоеустойчивоасти данной составной части РЭА и провести анализ последствий сбоев в данной составной части на аппаратуру в целом. По результатам этого анализа может быть решен вопрос о необходимости принятия мер по сбоеустойчивости. Если составная часть РЭА разрабатывается новая, указанные выше работы выполняются после выбора комплектующей элементной базы.

5 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 3. Сбор и анализ информации о стойкости отечественных и зарубежных ЭРИ, выбор и обоснование номенклатуры ЭРИ. Если используется заимствованная аппаратура даже с модернизацией, номенклатура комплектующих ЭРИ, как правило, уже известна. Исключение могут составлять нескольких типов ЭРИ, которые предполагается заменить по той или иной причине. Если составная часть аппаратуры или серьезно модернизируется, или создается вновь, выбор ЭРИ для ее комплектации целесообразно проводить сразу с учетом требований по радиационной стойкости. В любом случае на данном этапе разработки РЭА важной задачей является получение надежной информации о возможных эффектах и показателях их радиационной стойкости. Особое внимание при этом следует обратить на выявление ЭРИ, чувствительных к одиночным отказам. 4. Проведение расчетной оценки ожидаемых показателей стойкости подсистем и аппаратуры в целом. На данном этапе проводится предварительная оценка радиационной стойкости составных частей аппаратуры без учета защищенности конкретных типов ЭРИ в составных частях аппаратуры. Особое внимание на этом этапе необходимо обратить внимание расчету вероятность возникновения одиночных отказов. Результатом этой работы должно стать: определение подсистем, критичных к воздействию ИИ КП; установление возможных видов отказов аппаратуры; разработка рекомендаций о необходимости использования конструктивной и (или) экранной защиты отдельных типов ЭРИ по дозовм эффектам; резработка рекомендаций либо о замене ЭРИ, чувствительных к одиночным отказам, либо о принятии схемотехнических или функционально алгоритмических мер защиты этих ЭРИ от катастрофических отказов.

6 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫМИ ВОПРОСАМИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ: 1. Уточнение схемно-конструктивного построения аппаратуры для обеспечения требований стойкости с учетом рекомендаций, разработанных в ходе эскизного проектирования: На данном этапе проводятся: - схемотехническая доработка составных частей блоков, функциональных схем, связанных с заменой не стойких ЭРИ на более стойкие; - разработка (при необходимости) новых или дополнительных функционально- алгоритмических решений по обеспечению сбоеустойчивости составных частей и аппаратуры в целом; - разработка (при необходимости) схемотехнических и (или) функционально --алгоритмических решений по защите ЭРИ, чувствительных к одиночны отказам, от катастрофических отказов; - разработка конструктивные решений, связанных с защитой не достаточно стойких ЭРИ по дозовым эффектам. 2. Проведение расчета показателей стойкости: - уточнение (определение) критериев стойкости составных частей и аппаратуры в целом по сбоеустойчивости и отказоустойчивости; - уточнение показателей стойкости аппаратуры с учетом выполненных выше доработок. Результатом этой работы должен стать перечень составных частей аппаратуры (или) ЭРИ), подлежащих испытаниям для подтверждения соответствия аппаратуры в целом требованиям по радиационной стойкости в соответствии с требованиями ОСТ – испытаниям подлежат: составные части или ЭРИ отечественного производства, не обеспечивающие трехкратного запаса по стойкости; все составные части аппаратуры, выполненные на ЭРИ импортного производства. Испытания этих составных частей (ЭРИ) повторяются каждый раз, когда аппаратура комплектуется из новой партии изделий. В состав этих испытаний должны быть включены испытания по уточнению возможности возникновения одиночных отказов в ЭРИ, которые не защищены в аппаратуре от катастрофических отказов и определения параметров их чувствительности к одиночным отказам.

7 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО ЭТАП РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА (ОПЫТНОЙ ПАРТИИ). ПРОВЕДЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ И ПРИЕМОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ - составление программ и методик проведения испытаний, организация и проведение испытаний макетов образцов аппаратуры или отдельных функционально самостоятельных устройств на моделирующих установках, сопоставление полученных результатов с результатами расчетов.

8 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО D, рад. сутки -1 Н, км Зависимости поглощенной дозы электронов ЕРПЗ при макс. СА от высоты и угла наклона орбиты за защитой 0,1г.см-1 (верхние зависимости) и 1,0г.см-2 (нижние зависимости): +-при i=300; -при i=500; -при i=650;

9 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО D, рад. сутки -1 Н, км Зависимости поглощенной дозы протонов ЕРПЗ от высоты и угла наклонения орбиты при 2-х значениях защиты: 0.1 (верхние зависимости) и 1.0 г.см-2 (нижние зависимости) при мин. СА: + -при i=300; -при i=500; -при i=650; -при i=900.

10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО Современная модель ЦНИИмаш Канопус USA Сравнение спектров протонов, воздействующих на КА, движущегося по круговой орбите (Н= 500 км, i=60º), рассчитанных по различным программам протон см сут

11 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО Сравнение спектров электронов, воздействующих на КА, движущегося по круговой орбите (Н= 300 км, i =60º), рассчитанных по различным программам Современная модель «Канопус» USA Энергия, >МэВ электрон см сут

12 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО D сф / D 1, г см -2 Зависимости отношений поглощенных доз электронов ЕРПЗ при формах защиты в виде сферы и полуплоскости от величины защиты на орбитах при i=65 0 и высотах: км., км., км., км., км.

13 ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНСТВО Зависимости отношений поглощенных доз протонов ЕРПЗ от величины защиты в виде сферы и полуплоскости на орбитах при i=65 0 и высотах: км., км., км., км., км. 1, г·см -2 D сф / D пп