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如何应对国内航天器的单粒子故障问题?

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:B星在卫星正常运行165天后,由于星载计算机突发故障造成姿态失控,后经抢救恢复正常工作。表5-15统计结果和相关文献表明,基于SRAM的FPGA由于翻转阈值较低、翻转截面较大,容易发生单粒子翻转事件,进而造成在轨故障。2010—2012年间,中国10颗地球同步轨道卫星共发生与空间环境相关的故障46次,这些在轨故障均得到有效纠正,并没有影响卫星的长期任务和使用寿命。

如何应对国内航天器的单粒子故障问题?

在我国的风云一号气象卫星A、B两颗星在轨情况和几次地面单粒子试验中观测到多次翻转,概率最大、危害最大的是80C86的段地址寄存器,导致程序跳入错误的模块区或数据区,甚至是空闲区,造成死循环,大范围销毁重要数据,使系统陷于瘫痪。1988年9月和1990年9月先后发射的风云A、B两颗试验星,A星在卫星正常运行39天后,因姿轨控分系统失控而失效,没有达到预定的工作寿命要求。B星在卫星正常运行165天后,由于星载计算机突发故障造成姿态失控,后经抢救恢复正常工作。但星载计算机受到空间环境的影响,工作不稳定,卫星断续工作,没有达到设计寿命要求。而1999年5月发射的C星,由于采取了一系列有效的技术措施,产品质量、对空间环境影响的适应性和系统可靠性都得到较大提高,稳定工作多年。

从2004年到2011年,我国在轨卫星由于空间环境造成的故障案例共有7起,详见表5-15。

表5-15 空间环境造成的卫星在轨故障案例

续表

统计结果表明,故障定位由于单粒子翻转造成的在轨故障有6个,占故障总数的85.7%。分析单粒子翻转故障占比较高的原因为:一方面由于缺乏在轨数据支撑,当含单粒子翻转阈值较低元器件的单机在开关机后能恢复正常工作,且没有找到其他故障原因的,一般认为是单粒子翻转导致故障发生;另一方面,大规模集成元器件的广泛使用,提高了单粒子翻转造成在轨故障的概率。(www.xing528.com)

表5-15统计结果和相关文献表明,基于SRAM的FPGA由于翻转阈值较低、翻转截面较大,容易发生单粒子翻转事件,进而造成在轨故障。单粒子翻转来源包括CPU、DSP、FPGA、RAM等芯片。RAM一般用于存储数据,发生单粒子翻转后,会影响相关的数据(如数传下行数据),一般不会影响系统功能。而对于程序存储器,发生单粒子翻转后,将影响程序运行,可能会导致不可预料的后果。

2010—2012年间,中国10颗地球同步轨道卫星共发生与空间环境相关的故障46次,这些在轨故障均得到有效纠正,并没有影响卫星的长期任务和使用寿命。在这46次卫星故障中,发生于2012年3月9日02:50 UTC的某地球同步轨道卫星(以下用GEO-X代替)测控应答机故障案例最为典型,该次卫星故障期间,国外SkyTerra-1、Venus Express、Spaceway 3等卫星均出现不同程度的异常,在排除工程问题的前提下,考虑卫星故障时的位置和空间天气状态,初步诊断空间天气是引起GEO-X卫星异常的主要原因。

我国北斗卫星导航系统已于2012年12月27日开始提供区域卫星导航服务,在轨卫星的健康状况直接影响到用户导航定位的性能。经过初步统计发现,在轨卫星已发生数次导航任务单元和扩频接收机故障,而2011年至2013年为太阳活动第24周高峰年,在轨卫星故障情况与该时段的空间辐射环境密切相关。

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