بخشی از مقاله
مقدمه :
تمایل به کاهش جرم ماهوارهها و فضاپیماها یکی از موارد مهمی است که در طراحی ماهواره بطور قابل ملاحظهای مورد توجه قرار میگیرد. از جمله نکات مهم دیگری که در طراحی مورد توجه قرار میگیرد، کارکرد صحیح مدارهای الکترونیکی ماهواره در حضور تابشهای فضایی میباشد. لذا در ماهوارهها میتوان از قطعات الکترونیکی که مخصوص فضا طراحی شده استفاده نمود و یا از قطعات تجاری ارزان قیمتتر و دردسترستر استفاده نمود. مشکل استفاده از قطعات تجاری برای استفاده در مدارهای ماهوارهها، عدم تحمل دزهای بالای تابشهای پرانرژی فضایی و از دست دادن کارایی قطعه میباشد.
300
برای برطرف کردن این مشکل تنها راه، استفاده از حفاظهای پرتویی مناسب برای قطعات الکترونیکی می باشد. در طراحی حفاظ پرتویی، حفاظی که حداقل وزن را به ماهواره اضافه نماید، مطلوب میباشد.
محیط پرتویی فضا که از نظر حفاظ سازی مورد توجه است را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:
پروتونها و الکترونهای بدام افتاده در کمربند ونآلن، پروتونهای خورشیدی، پرتوهای کیهانی و ذرات ثانویه. از میان چشمههای مذکور، پروتونها به دلیل شار بالا و غالب بودن اثرشان نسبت به سایر ذرات در این کار مورد توجه قرار گرفته اند.[1]
اثر پرتوهای فضایی بر روی قطعات الکترونیکی به سه دسته تقسیم می شوند: TID، دز آسیب جابجایی (DDD) و .SEE
در این کار تنها حفاظ سازی برای قطعات الکترونیکی بر پایه CMOS مدنظر بوده است. طبق استاندارد ECSS-10-12 برای این نوع قطعات الکترونیکی فقط اثر TID مهم میباشد. بنابراین طراحی حفاظ انجام شده به منظور کاهش اثر TID میباشد.
اثر TID
دز یونیزان کل، انرژی تهنشین شده در واحد جرم ماده در اثر یونیزاسیون میباشد. TID در اثر پرتوهای باردار که قابلیت انجام یونیزاسیون در ماده را دارند، ایجاد میشود. ذراتی که TID آنها قابل توجه میباشد الکترونها و پروتونها میباشند. با توجه به ساختار ماهواره که معمولا از جنس آلومینیوم و به ضخامت تقریبی 0/5 mm است و سایر قطعاتی که به عنوان حفاظ برای قطعه مورد نظر عمل میکنند و توجه به شکل((1 که با نرمافزار SHIELDOSE بدست آمده نتیجه میگیریم که TID ناشی از الکترونها جز در موارد محدودی از اهمیت خاصی برخوردار نیست.[3]
شکل(.(1 نمودار TID پرتو های مختلف موجود در چشمه پرتویی در ارتفاع2000 kmبر حسب ضخامت حفاظ آلومینیومی
301
از شکل((1 مشخص است که با حفاظ آلومینیومی به ضخامت 5mm دز ناشی از الکترون بسیار کاهش مییابد. لذا در این کار تنها TID ناشی از پروتونها مورد بررسی قرار گرفته است.
TID به عواملی مانند ارتفاع پرواز ماهواره، زاویه میل و مدت زمان ماموریت ماهواره بستگی دارد. یونیزاسیون در نیمرساناها یا عایقها باعث گیراندازی بار یا شکل دهی حالتی بین نیم ×رسانا یا عایق می ×شود که بر روی رفتار اجزاء یا خصوصیات ماده تاثیر میگذارد. برای مثال در قطعات MOS بار به دام افتاده میتواند منجر به تغییر ولتاژ آستانهی گیت شود و برای نیمرساناها حالت واسط، بطور قابل توجهی جریان نشتی قطعه را افزایش میدهد.
رابطهای که بر اساس آن TID محاسبه میشود عبارتست از:
TID f (E)LET (E)dE (1)
که f(E) شار ذرات و LET کمیتی است که انرژی یونیزان منتقل شده به محیط در واحد طول مسیر طی شده بوسیله ذره را نشان میدهد. در این کار از نرم افزار MULASSIS که بر اساس مونت کارلو و از جمله نرم افزارهای بر پایه GEANT4 است، استفاده شده است. برای تولید فایل ورودی این نرم افزار از نرم افزار تحت وب SPENVIS استفاده شده است. برای اینکه طراحی انجام شده به واقعیت نزدیک باشد، دراین کد هندسه تخت مورد استفاده قرار گرفت.
