Оценка рисков от мюонного излучения для низковысотных дронов в Китае
Развитие низковысотной экономики, особенно дронов и электрических самолётов с вертикальным взлётом и посадкой (eVTOL), ставит новые задачи перед радиационной безопасностью. Хотя нижние слои атмосферы традиционно защищают от космической радиации, уменьшение техпроцессов чипов делает их более чувствительными к одиночным сбоям (SEEs).
Исследователи из Китая с помощью симулятора CORSIKA и региональных атмосферных моделей оценили риски от мюонного излучения для бортовой электроники. Мюоны — вторичные частицы, образующиеся при взаимодействии космических лучей с атмосферой. Даже на высоте до 1 км их поток достаточно велик, чтобы вызывать сбои в современных микросхемах.
В работе анализировались спектры мюонов низких энергий (10-100 МэВ) и сечения сбоев для различных типов транзисторов: bulk, FD-SOI и FinFET. Учитывались как фоновые условия, так и события наземного усиления (GLE), когда активность Солнца резко повышает радиационный фон.
Результаты показали: при статическом фоне системы управления полётом с памятью 1 МБ на чипах с техпроцессом менее 45 нм и транзисторами bulk имеют немалый риск сбоев во всех городах Китая. В то же время транзисторы FD-SOI (полностью обеднённый кремний на изоляторе) позволяют эффективно снизить этот риск. Для больших объёмов памяти (1 ГБ) требуются избыточность и другие меры защиты независимо от техпроцесса.
Для событий GLE авторы ввели понятие уровней мюонной опасности. В средних и низких широтах Китая рост риска оказался незначительным, а вот в высоких широтах он становится существенным. Это важно учитывать при сертификации дронов для северных регионов страны.
Полученные данные дают инженерам и регуляторам инструмент для оценки радиационной стойкости низковысотной авиации. Авторы подчёркивают, что правильный выбор технологий производства чипов и архитектур памяти может значительно повысить надёжность систем.
