单粒子效应及充放电效应诱发航天器故障的甄别与机理探讨

韩建伟，陈睿，李宏伟，朱 翔

（1.中国科学院国家空间科学中心，北京 100190；2.中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 101407）

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国内外的航天实践表明，空间环境是导致近地航天器异常的重要因素。其中，高能重离子与质子以及低能等离子体电子与外辐射带增强高能电子等带电粒子，通过单粒子效应（SEE,single event effects）和充放电效应（SESD,spacecraft charging induced electrostatic discharge）诱发的航天器异常占比极高[1-2]。1996年、1999年、2009年，美国航空航天局（NASA）马歇尔飞行中心（MSFC）、美国AEROSPACE公司分别在相关研究报告中[1-3]分析了从1974年至2009年间114、299和476起空间环境诱发的航天器异常事件，认为其中由SEE 和SESD导致的异常占比分别为38.7%和33%，28.4%和54.2%以及46%和25%。

由于半导体器件的集成度不断提高、运算速度快速提升、功耗大幅度减小，致使其对SEE愈加敏感[4]，单粒子翻转等“软错误”成为高性能信息处理器件的固有特性，必须依赖系统层级的解决方案。2004年，欧洲空间局（ESA）支持的研究报告指出：“自从在地球同步轨道航天器上首次发现在轨静电放电证据的30年以来，充放电始终对航天器造成威胁。尽管充放电效应的物理机制已了解，有关减缓技术已知晓，我们仍然不能在发射前评估确认卫星是否能完全规避充电异常。航天器充电问题需要具体深入的研究。”[5]

由于空间环境诱发的航天器异常大多数是通过SEE 和SESD造成的，国内外学者对这2种效应的研究较多，其基本问题研究相对成熟，但这2个效应仍是威胁航天器安全与可靠性的突出问题，而且二者的混淆越来越严重。本文希望……