答:卫星的“单粒子翻转”是什么意思?

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图片 2卫星模拟图。
西安分院 摄

虽然有一些极端的例子,但SEU发生还是相当罕见的。随着新电子系统使用的晶体管数量增长,SEU造成设备失灵的情况也会增加。半导体制造商似乎注意到这种趋势,正在努力减少宇宙射线的干扰影响。例如,2008年富士通的工程师爬上夏威夷一座火山口以更好地研究宇宙射线对电脑的影响。

FY-1A卫星黑白照片,它因为单粒子翻转导致姿态失控(来源:

图片 3卫星工作示意图。
西安分院 摄

本文来源:网易科技

粒子翻转(SEU):Single Event Upset

“海洋一号C”卫星的数传分系统的全部单机都是经历过在轨考验的成熟产品,一方面为海洋数据传回地面的实效性和准确性又提供了一重保障,另一方面大大提高了“海洋一号C”卫星数传分系统的研制速度。该院主管科研生产的副院长和新阳介绍,“固化硬件、通过软件设计进行有效载荷产品研制也是未来的一个发展趋势,我们现在已经在逐步的实现这个过程了,但是还需要不断的摸索、优化。”

在SEU期间,粒子会改变芯片内存储存数据的位,后果可以很小如只是改变摄影中一个像素,也可以很大如造成客机失事。2003年比利时斯哈尔贝克电子投票故障就是SEU引起的,电子投票机的一个位翻转导致一位候选人多拿了4096张选票。如果不是因为该候选人不可能得到这么多票,还发现不了这个问题。

第八十九期

中新网西安9月7日电 (记者 田进 通讯员
张昊)“海洋一号C”卫星7日成功发射,中国航天科技集团五院西安分院承担研制的数传分系统,在卫星与地面之间搭建了一条信息传输通道,能够将卫星获取的全球海洋水色、水温等重要数据传回地面。

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空少正解

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减少SEU发生可能性的一种方法是将处理器设计为每三个一组,并让这些芯片投票。NASA已经在飞船电脑系统上使用这种方法。

我们知道现在的计算机领域,存储器采用的是二进制,也就是0或者1,这也是半导体特性决定的,半导体是构成电路的基本原件,简单的说1就是通电,0就是不通电。所以电子仪器、电路板中由一系列0或者1构成信息。

对于“海洋一号C”卫星的数传分系统来说,要实现全时开机,最重要的就是避免单粒子翻转。单粒子翻转是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区,使器件逻辑状态翻转的现象。卫星和地面计算机一样,数据均是采用二进制的“0”“1”来存储、传输和读取。单粒子不定期来袭,数传分系统的某些器件如果受到高能单粒子的撞击,就会使存储的“0”变成“1”,或者“1”变为“0”,导致数据严重错误,甚至传输中断。

上期我们讲到,30年前发射的风云一号A星(FY-1A)遭遇强烈的太阳活动,卫星发生“单粒子翻转”事件,最后导致姿态失控,仅工作了39天后就故障并最终失效。这种名为“单粒子翻转”(Single
Event
Upset,简称SEU)的现象可谓是航空航天器的杀手,例如1995年的实践四号卫星上搭载的2台用于单粒子事件测量的监测装置,在入轨后的19天内共发生了65次翻转;另外风云一号B卫星(FY-1B)依然多次因太阳单粒子翻转事件导致姿态控制系统失控,这也会为什么系统最后过早的失效。

海洋信息的动态性决定了“海洋一号C”卫星的数传分系统必须全时开机,实时对数据进行处理和传输。对一般遥感卫星而言,数传分系统不会一直处于开机状态,而是根据需要进行开机,每次开机时间不会超过半小时。因为太空中有很多高能量粒子,这些粒子有可能会撞上卫星,影响数传分系统,导致数据处理出现偏差和错误,缩短开机时间,就可以减小受到高能量粒子影响的概率。

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答:卫星的“单粒子翻转”是什么意思?

对付单粒子翻转最简单的方法就是关机重启,但是关机重启意味着数据中断,无法保证数传分系统的全时开机功能。科研人员利用三模冗余、定时刷新等方法方增强了卫星数传分系统的抗单粒子翻转能力。简单来说,三模冗余、定时刷新,就是将重要数据分别存储3次,也就是给1个数据做了2个备份。若数据被高能单粒子“篡改”,系统会根据另外两个没有被改变的数据,进行自我修复。此外,卫星的数传分系统设置了数据的定时刷新功能,这样就保证了卫星收集的海洋动态数据存储和传输的正确性。

范德堡大学辐射效应研究部的研究者巴拉特·布瓦称:“这是很大的问题,但公众基本上还不知道。”该机构是1987年创立的,研究的是辐射对电子系统的影响。该机构最初关注军事和太空应用,但从2001年起,研究范围扩大至辐射对消费电子的影响。布瓦是范德堡大学的电气工程教授,周五他在波士顿美国科学进步协会(AAAS)年会上做了有关SEU的演示。

@ 周登峰

网易科技讯2月20日消息,据美国媒体报道,当电脑奔溃或手机卡住时,不要马上就怪生产商,这很可能是宇宙射线,或者射线产生的带电粒子造成的。虽然这些粒子如果数量少,对生物是无害的,但其携带的能量足以干扰我们个人设备微电子电路的运行。这种现象被称为单粒子翻转(SEU)。

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