Испытание и контроль радиоэлектронных средств

Космические воздействия при эксплуатации ЭС характеризуются совокупностью следующих факторов: электромагнитных и корпускулярных излучений, глубокого вакуума, лучистых тепловых потоков, невесомости, метеорных частиц, магнитных и гравитационных полей планет и звезд и др. При изучении этих факторов выделяют три среды: межзвездную, межпланетную, атмосферу планет и их спутников. Межзвездная среда состоит из межзвездного газа и мельчайших твердых частиц, пыли, заполняющих пространство между звездами в галактиках. Газ почти равномерно перемешан с пылью. Межзвездная среда вблизи Солнца переходит в межпланетную среду, которая заполняет пространство между планетами Солнечной системы. Межпланетная среда состоит из расширяющегося вещества солнечной короны – ионизированных атомов водорода (около 90%) и атомов гелия (около 9 %).

Температура характеризует лишь кинетическую энергию частиц газа, которая не оказывает прямого влияния на температуру открытых поверхностей ЭС, установленных на космических объектах, в силу большой разреженности среды.

Космические излучения в околоземном пространстве. Условия эксплуатации ЭС в космосе характеризуются воздействием на изделия корпускулярных излучений. Поток элементарных частиц высокой энергии, преимущественно протонов, а также ядер гелия (α-частиц) и ядер более тяжелых элементов приходит на Землю изотропно из удаленных областей Галактики. Это первичные космические лучи. Взаимодействуя с атомными ядрами воздуха, они рождают в атмосфере Земли вторичное излучение, которое включает практически все известные элементарные частицы.

В первичных космических лучах различают галактические лучи, приходящие извне Солнечной системы, и солнечные лучи, связанные с активностью Солнца. Первые характеризуются очень большой энергией частиц, но низкой плотностью потоков частиц. Солнечные космические лучи испускаются Солнцем только во время хромосферных вспышек, в то время как радиальный поток плазмы солнечной короны (солнечный ветер) присутствует в межпланетном пространстве постоянно. Энергия частиц солнечных космических лучей во много раз превышает энергию солнечного ветра.

В механике абсолютно твердого тела удар рассматривается как некоторый скачкообразный процесс, продолжительность которого бесконечно мала. Во время удара в точке соприкосновения соударяющихся тел возникают большие, но мгновенно действующие силы, приводящие к конечному изменению количества движения В реальных системах всегда действуют конечные силы в течение конечного интервала времени, и соударение двух движущихся тел связано с их деформацией вблизи точки соприкосновения и распространением волны сжатия внутри этих тел. Продолжительность удара зависит от многих физических факторов: упругих характеристик материалов соударяющихся тел, их формы и размеров, относительной скорости сближения и т.д.

Изменение ускорения во времени принято называть импульсом ударного ускорения или ударным импульсом, а закон изменения ускорения во времени – формой ударного импульса. К основным параметрам ударного импульса относят пиковое ударное ускорение (перегрузку), длительность действия ударного ускорения и форму ударного импульса. Результат воздействия удара на изделие (реакция изделия) зависит от его динамических свойств – массы, жесткости и частоты собственных колебаний. Под реакцией ЭС на воздействие ударного импульса понимают отклик изделия на это воздействие. Различают несколько основных видов реакции ЭС, соответствующих баллистическому, квазирезонансному и статическому режимам возбуждения.

Различают два вида испытания изделий на ударную нагрузку: на ударную прочность и ударную устойчивость. Испытание на ударную прочность проводят с целью проверки способности ЭС противостоять разрушающему действию механических ударов, сохраняя свои параметры после воздействия ударов в пределах, указанных в НТД на изделие. Испытание на ударную устойчивость проводят с целью проверки способности ЭС выполнять свои функции в условиях действия механических ударов.

При испытании на ударную нагрузку испытываемые ЭС подвергают воздействию либо одиночных, либо многократных ударов. В последнем случае частота следования ударов должна быть такой, чтобы можно было выполнить контроль проверяемых параметров ЭС. Основные характеристики режимов испытания ЭС при многократном воздействии ударов – пиковое ударное ускорение и общее число ударов – задаются в соответствии со степенью жесткости испытаний.

Испытание проводят для проверки способности ЭС сохранять внешний вид и параметры во время и после воздействия солнечного излучения. Испытание осуществляют с помощью одного из двух методов – при непрерывном или циклическом воздействий излучения. Первый метод применяют для определения степени фотохимического воздействия облучения на ЭС или отдельные их части, не защищенные от непосредственного облучения. Второй – в случае, когда наряду с фотохимическим воздействием необходимо определить также степень воздействия на ЭС тепловых напряжений, возникающих в изделиях или отдельных их частях в процессе облучения. При обоих методах испытания ЭС, не подвергнутые ранее другим видам воздействия, размещают в испытательной камере так, чтобы наиболее уязвимые (изготовленные из органических материалов или имеющие органические покрытия) части испытываемых изделий находились под непосредственным воздействием излучения. Расстояние от ЭС до стенок камеры должно быть не менее 10 см.

Испытание ЭС непрерывным воздействием излучением (рис. 2, а) проводят без электрической нагрузки с помощью источников света, обеспечивающих излучение, по спектральному составу и плотности потока близкое солнечному. Длительность непрерывного облучения составляет 5 сут.

Испытание циклическим воздействием излучения (рис. 2, б, в) проводят при электрической нагрузке в течение 3, 10 или 56 (по необходимости) непрерывно следующих циклов. Продолжительность одного цикла 24 ч. Цикл, показанный на рис. 2, б, включает 8-часовое облучение и 16-часовое затемнение. При этом расход энергии за дневной цикл (доза облучения) составляет 8,96 кВт·ч·м-2, что соответствует наиболее жестким естественным условиям. Цикл, показанный на рис. 2, в, включает 20-часовое облучение и 4-часовое затемнение. При этом расход энергии (доза облучения) равен 22,4 кВт-ч-м-2 за дневной цикл.

Воздействие на ЭС радиоактивного излучения приводит к радиационным повреждениям изделий. При этом различают необратимые (остаточные) и обратимые (временные) нарушения.

Необратимые нарушения связаны с изменением структуры применяемых в ЭС материалов и прежде всего полупроводниковых. К таким нарушениям относятся: перегруппировка атомов в кристаллической решетке; появление вакансий; междоузельных атомов, дислокаций; внедрение инородных атомов. Обратимые нарушения, например в ИС, наблюдаются при переходе электронов и дырок в неравновесное состояние, которое из-за большой подвижности носителей заряда быстро восстанавливается после прекращения облучения. Тем не менее и обратимые изменения могут ухудшать параметры ЭС, вызывая увеличение токов утечки и снижение сопротивления изоляционных, полупроводниковых и проводящих материалов. В технике испытаний под радиационными дефектами обычно понимают только необратимые нарушения.

В зависимости от вида и энергии излучения процессы, приводящие к нарушениям, могут происходить по всему объему применяемого в ЭС материала или только в приповерхностном его слое. Нейтроны и гамма-кванты обладают высокой проникающей способностью, и поэтому вызываемые ими изменения, как правило, носят объемный характер. Естественно, они могут приводить одновременно и к поверхностным изменениям. Альфа-частицы и осколки ядер вследствие малой длины их пробега в веществе воздействуют только на поверхность. Протоны и электроны (бета-излучение) могут приводить к дефектам как в поверхностном слое, так и в объеме материала, поскольку глубина их проникновения зависит от энергии частиц и возникновения в данном материале вторичных ионизирующих излучений (нейтронов, гамма-квантов и т.д.)

В качестве источников радиоактивного излучения в лабораторных условиях применяют ускорители заряженных частиц, классификация которых представлена на рис. 5, и ядерные реакторы. В «классических» ускорителях ускоряющее поле создается внешними радиотехническими устройствами (генераторами). В ускорителях с коллективными методами ускорения заряженных частиц ускоряющее поле создается другими заряженными частицами (электронным пучком, электронным кольцом, плазменными волнами). В линейных ускорителях траектории заряженных