通过质子辐射测试对运行纳米卫星cFS飞行任务软件的COTS嵌入式计算机进行评估
Vanessa Vargas1, Pablo Ramos1, Alfredo Bautista2
1Grupo de Investigación Embsys, Departamento de Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, Av. General Rumiñahui y Ambato, Sangolquí 171103, Ecuador.
Sensors (Basel, Switzerland)
|December 31, 2025
概括
这项研究测试了BeagleBone Black作为一个纳米卫星机载计算机 (OBC). 尽管辐射引起的错误,该系统显示了弹性,表明了学术空间任务的可行性.
科学领域:
- 太空飞船工程 太空飞船工程
- 计算机工程 计算机工程
- 辐射的影响 辐射影响
背景情况:
- 纳米卫星需要具有成本效益和可靠的机载计算机 (OBC).
- 商用现货 (COTS) 嵌入式计算机为学术空间项目提供了潜力.
- 评估辐射耐受性对于太空任务的成功至关重要.
研究的目的:
- 评估在学术项目中使用COTS嵌入式计算机,特别是BeagleBone Black,作为纳米卫星的OBC的可行性.
- 在质子辐射下评估BeagleBone Black的DDR3 SDRAM的辐射硬度.
- 探索太空中的OBCs潜在的容错策略.
主要方法:
- 一个基于BeagleBone Black板的OBC原型被开发出来,在RTEMS操作系统上运行cFS飞行软件.
- 在CNA设施使用15.9 MeV质子加速进行了辐射测试.
- 分析了DDR3 SDRAM上的软错误率 (SER) 和单次事件效应 (SEE).
主要成果:
- 在DDR3 SDRAM内存单元中观察到比特翻转和错误传播.
- 单一事件效应 (SEE) 导致影响SDRAM控制逻辑的错误爆发.
- 尽管辐射引起的错误和累积剂量,但BeagleBone Black板保持了正常的功能.
- 最糟糕的时间失效率 (FIT) 表明SDRAM内存的预期失效率为每两年一次.
结论:
- 在学术环境中,BeagleBone Black证明了作为低地球轨道 (LEO) 纳米卫星任务的OBC可行性.
- 该研究提供了对COTS OBCs基于冗余性的故障耐受性实施的见解.
- 为了提高可靠性,建议对辐射硬化和故障耐受性的进一步研究.
