Rymdfarkoster, bemannade rymdfärder och uppskjutningar

 

När strålning träffar en halvledare kan jonisation uppstå så att laddningsbärare från valensbandet överförs till ledningsbandet, vilket ökar konduktiviteten i materialet. Detta kan t.ex. leda till små läckströmmar och strömspikar i kretsen.

Ett gemensamt namn för dessa fenomen, eller störningar på elektroniken, kallas för single event effects (SEE) och orsakas av en enstaka (single) högenergetisk partikel.

Ett exempel är då strålningsinducerade strömmar, från elektron-hål-par, ändrar tillståndet i en minneskrets, från t.ex. ‘1’ till ‘0’. Detta kan leda till förlust av data, programfel eller en programkrasch. Även om ett datafel uppstår så är själva kretsen intakt (s.k. mjukt fel). Emellanåt kan en ström induceras i kretsen vilket i sin tur kan leda till överhettning om inte driftspänningen stängs av. I t.ex. MOSFETs kan spänningen mellan drain och source överstiga genombrottsspänningen vilket i sin tur medför att kretsen kan förstöras av den höga strömmen (figur 6).

Satelliter och rymdfarkoster kan skadas av rymdvädret på olika sätt. Satelliter i omloppsbana skyddas till viss del av jordens magnetfält, medan rymdsonder utanför magnetosfären är direkt utsatta. Det är framförallt soleruptioner, CME och protonhändelser som ger störst problem. Ett stort problem för satelliter i omloppssbana är ett område kallat sydatlantiska anomalien (south atlantic anomaly, SAA). Detta är ett område ovanför atlanten öster om sydamerika, där strålningsbältena når ner till satelliternas omloppsbanor. En majoritet av fel pga SEEs inträffar i detta området. En stor andel anomalier inträffar dessutom på högre breddgrader p.g.a den kosmiska strålningen. Satelliter kan också bli uppladdade från högenergetiska elektroner. Detta ger upphov till elektriska fält som kan leda till en urladdning i materialet som då kan skada elektroniken.

I en satellit kan ett mjukfel i t.ex. styrenheten leda till ett s.k. “spökkommando”. Utan förvarning kan satelliten börja rotera utan att den har fått motsvarande kommando. Hos NASA ställer man in en uppskjutning om det finns risk för en geomagnetisk storm, eftersom högenergetiska elektroner och neutroner eventuellt kan skada styrelektroniken.

 

När partiklar från den kosmiska strålningen når jordens atmosfär kolliderar de med atomer i atmosfären, framförallt syre- och kvävemolekyler, vilket skapar en s.k cosmic ray shower, varvid en skur av nya, sekundära, partiklar skapas, framförallt neutroner, som kan orsaka mjukfel i flygelektronik. Detta har också inträffat ett flertal gånger, och riskerna kan öka i framtiden med mer känslig elektronik.

De sekundära partiklarna når även ner till marken, visserligen med en betydligt lägre intensitet (ca 1/100 lägre än på flyghöjd), där de i princip kan orsaka SEEs. Studier av bl.a. IBM och Boeing visade att det främst är neutroner som orsakar SEE, samt att mängden SEEs, eller “soft error rate” (SER), varierade med höjden på samma sätt som neutronflödet varierade med höjden. Detta innebär att SER bör vara högre i bergsområden samt på högre breddgrader. Förmodligen inträffar tusentals SEEs varje år utan att man vet om det. Efter hand som halvledartekniken minskar i storlek, blir kretsarna också mer sårbara för strålning, och i slutändan kan detta leda till att bakgrundsstrålningen, nere på jorden, är tillräckligt hög för att orsaka problem.