Моделирование ЭСР. 2 Разработка методов оценки надежности бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов
 Скачать 212.37 Kb.
|
|
где: Кр - константа скорости химической реакции; ЕА - энергия активации; к - постоянная Больцмана; Т, - рабочая температура кристалла (кристаллической решетки); То - номинальная температура кристалла (кристаллической решетки). Выражение (Х.6) используется для оценки коэффициента ускорения при проведении испытаний ИС. На рис. 2.6, в качестве примера, приведен фрагмент 1)е\'1се геНаЫШу герог! компании ХГЕХХХ, содержащий интенсивности отказов кристаллов ИС семейства ХС4УхХххх. ТаЫе 2-24: НТОЕ Тез! РезиИз Тог 0.09 рт 5! Са!е СМОЗ Оеу1се Туре ХС4УхХххх
МоТез: 1. ЕаИиге Дие Ю 5иЬ51га(е Де1ес1. Ргосеяб ппргоуетеЫ Ьаз Ьееп ипр1етеп1еД. Рис. 2.6. Интенсивность отказов кристаллов ИС семейства ХС4УхХххх Выражение (2.6) в том или ином виде входит в математические модели коэффициентов, учитывающих влияние температуры на интенсивность отказов ЭРИ. Так, например, в стандарте МГЕ-НОБК-217Е [34] для класса «Интегральные микросхемы» приведена следующая математическая модель коэффициента (пт), учитывающего величину температуры окружающей среды: еа (2.7) где: ЕА - энергия активации; к - постоянная Больцмана; Т - температура кристалла, То - 298 0К; а - эмпирический коэффициент. В справочнике «Надежность ЭРИ» [37] для учета величины температуры окружающей среды используется коэффициент Кр (Кс.т). Так, например, математическая модель коэффициента Кс.т, учитывающего величину температуры, для класса «Интегральные микросхемы» имеет вид: Кст= А ■ ехр\В ■(Т + 273)] , (2.8) где А, В - постоянные коэффициенты модели; Т - температура окружающей среды. Аналогичные модели приведены и для других классов ЭРИ. Таким образом, математические модели коэффициентов пт, Кр (Кс.т) показывают, что рабочие температуры ЭРИ существенно влияют на их надежность, а, следовательно, и на надежность БРЭА в целом. Методы учета влияния ионизирующих излучений космического пространства на надежность БРЭА КА Влияние ИИ КП на работоспособность БРЭА КА настолько существенно, что в отличие от всех остальных деструктивных воздействий, задача обеспечения радиационной стойкости БРЭА выделено в самостоятельную задачу, такую же, как обеспечение надежности. Методы оценки стойкости к воздействию заряженных частиц космического пространства по одиночным сбоям и отказам приведены в РД 134-0139 [45]. В этом стандарте также приведены «типовые» значения параметров чувствительности ЭРИ к одиночным эффектам при воздействии заряженных частиц. Однако использование «типовых» параметров при оценке сбое- и отказоустойчивости дает большой разброс, а результаты расчетов далеки от действительности, т.к. значения параметров ЭРИ не обновлялись с 2005 года и с тех пор сильно устарели. Методы оценки стойкости БРЭА к воздействию электронного и протонного излучений космического пространства по дозовым эффектам приведены в ОСТ 134-1034 [46]. Расчет стойкости БРЭА по ОСТ 134-1034 [46] проводится «поэлементным» методом и заключается в сравнении уровня стойкости каждого типа ЭРИ с уровнем радиационного воздействия на него (поглощенных доз электронов, протонов и суммарной дозы), определенного расчетным путем. Уровень радиационных воздействий на БРЭА зависит от мест ее размещения на КА, классификация которых приведена в табл. 2.1. Результатом оценки является коэффициент запаса по радиационной стойкости (КЗ). В соответствии с ОСТ 134-1034 [12] ЭРИ имеет высокую предельную накопленную дозу, если КЗ > 3. Если же 1 < КЗ < 3, то необходимо проведение испытаний в составе аппаратуры, причем, желательно, сначала испытать до заданного в ТЗ уровня, а потом до отказа. Тем не менее, при расчете надежности БРЭА все же учитывается влияние ИИ КП. Для этого в математические модели эксплуатационной интенсивности отказов справочника «Надежность ЭРИ» [37] введен коэффициент Кии (коэффициент ионизирующих излучений), который учитывает влияние воздействующих ионизирующих излучений естественного и искусственного происхождения на надежность ЭРИ. Ориентировочные значения коэффициента ионизирующих излучений приведены в таблице 2.8. Таблица 2.8. Значения Кии при величине дозы ионизирующего излучения
Примечание: при отсутствии статистических данных об указанном воздействии следует принимать Кии = 1. Относительно небольшие значения Кии свидетельствуют не о том, что ИИ КП не влияет на надежность ЭРИ и БКА в целом, а подтверждают тот факт, что в БКА должны применяться только радиационно-стойкие ЭРИ и (или) конструкция БКА должна обеспечивать требуемый уровень их защиты от ИИ КП. Методики расчета показателей надежности электронных модулей БРЭА КА Рассмотренные выше методы учета влияния деструктивных факторов на надежность БРЭА, хотя и позволяют обеспечить выполнение требований ТУ на ЭРИ по тепловым режимам, стойкости к ЭСР, ИИ КП, и др. воздействиям, но не гарантирует обеспечения требований по надежности. Поэтому расчеты показателей надежности БРЭА должны проводиться на всех этапах ее разработки [47]. Поскольку основными конструктивными единицами БРЭА является электронные модули (ЭМ), то очевидно, что именно их характеристики надежности в значительной степени определяют и надежность БРЭА в целом. Что касается непосредственно показателей надежности, то особое значение для БРЭА имеют показатели безотказности, которые характеризуют свойство БРЭА непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение заданного времени (или наработки) и показатели долговечности, которые определяют САС. Поэтому ниже приведены методики расчетной оценки именно этих показателей для электронных модулей 1-го уровня (ЭМ1). 2.6.1 Методика расчета безотказности электронных модулей БРЭА КА Методика предназначена для проведения приближенного и уточненного расчета показателей безотказности электронных модулей. Приближенный расчет проводится с целью уточнения предельно-допустимых режимов работы ЭРИ аналитическим путем и формулирования требований ЧТЗ к составным частям на стадии эскизного или технического проекта. Приближенный расчет проводится при отсутствии реальных режимов работы ЭРИ. Результаты приближенного расчета показателей безотказности входят в состав пояснительной записки по разработке аппаратуры. Уточненный расчет показателей безотказности ЭМ1 проводится с целью определения аналитическим путем показателей безотказности с учетом реальных режимов работы ЭРИ, которые должны быть внесены в карты рабочих режимов (КРР), оценки их соответствия требованиям ТУ и ЧТЗ. Уточненный расчет показателей безотказности проводится на стадии разработки рабочей документации опытного образца и является составной частью отдельного документа РР01, входящего в состав КД. Расчет показателей безотказности проводится при допущении условия, что интенсивность отказов ЭМ1 во времени является величиной постоянной, что имеет место в период нормальной эксплуатации аппаратуры, когда справедлива экспоненциальная модель отказов (рис. 2.7).  Рис. 2.7. Зависимость интенсивности отказов от времени ЭМ1 не имеет структурной избыточности. Расчет показателей безотказности сводится к определению следующих основных показателей: То - средняя наработка до отказа; Р(1Э) - вероятность безотказной работы за время непрерывной работы 1Э. Расчет показателей безотказности ЭМ1, в соответствии с ОСТ-4Г0.012.242 [48], проводится следующей последовательности: Формулируется критерий отказа ЭМ1 из условия обеспечения нормального функционирования. Рассчитывается интенсивность отказов ЭМ, как сумма интенсивностей отказов комплектующих ЭРИ по формуле:  (2.9) л = Х л 7=1 где X, - интенсивность отказов 1-го ЭРИ; I - общее число ЭРИ в ЭМ. Значения интенсивностей отказов ЭРИ рассчитываются по методикам справочника [37] с применением методов учета влияния деструктивных факторов, приведенных выше, в п.п. 2.2- 2.5. Для ЭМ1, которые входят в состав БРЭА, работающей в «сеансном» режиме (см. табл 2.2), значение эксплуатационной интенсивности отказов определяется для всех режимов применения (нагруженного, облегченного, ненагруженного). Для ненагруженного режима принимают: (2.10) Лнр = Лхр, где ЛХр - интенсивность отказов в режиме хранения. Интенсивности отказов ЭМ1 в режиме хранения рассчитываются по методикам справочника [37]. Для «сеансного» режима работы, когда ЭМ1 в составе БРЭА в общем случае может находиться в режиме работы (нагруженном), ожидания (облегченном), хранения (ненагруженном), ЛС рассчитывается по формуле [49]:   Лс [Ррр + [Рор + [Рнр ЛРР ' [Ррр+ ЛОР ' [Рор+ ЛНР ' [Рнр (2.11) где: ЛРР, Лор, Лнр - интенсивности отказов ЭМ1 в режиме работы, облегченном режиме и ненагруженном режиме; 1^рр, 1^ор, 1^нр - суммарные времена нахождения ЭМ1 в режиме работы, облегченном режиме и ненагруженном режиме за период САС. Если БКА разрабатывается и изготовляется по положению «РК*» (ракетнокосмическая аппаратура), то тогда суммарная интенсивность отказов аппаратуры (ЛЭМ) рассчитывается по формуле справочника [37]: ЛэМ = К-Лс, ( (2.12) где: Ка - коэффициент качества производства аппаратуры. Коэффициент качества производства аппаратуры учитывает уровень требований к разработке и изготовлению аппаратуры (отработанность техпроцесса и уровень организации производства аппаратуры) и отражает среднестатистическую разницу в интенсивности отказов ЭРИ в аппаратуре, разрабатываемой и изготовляемой по требованиям различной НД. Для РЭА, разрабатываемой и изготовляемой по комплексу стандартов «Мороз-6», Ка = 1, а для РЭА, разрабатываемой и изготовляемой по положению «РК*», Ка = 0,2. Рассчитываются показатели безотказности ЭМ1:     т = _Х_ 0 Л эм . ; Р('э ) _ е^Лэм '{э ( (2.13) (2.14) Для автоматизации расчетов показателей безотказности ЭМ может использоваться система АСОНИКА-К-ЭМ программного комплекса АСОНИКА-К [40]. На рис. 2.8 приведен пример результатов расчета показателей безотказности в системе АСОНИКА-К- ЭМ.  Рис. 2.8. Система АСОНИКА-К-ЭМ: Результаты расчета показателей безотказности электронного модуля |