16 Novembre 2010

SPICA

L'expérience technologique SPICA (Spectres de Particules et Influence sur les Composants Avances) consiste à tester des composants électroniques de haute intégration, mémoires et microprocesseurs, en ambiance spatiale à l'extérieur et à l'intérieur de la station MIR.

Objectif

Les composants numériques peuvent être affectés par deux types de phénomènes:

  • l'effet SEU (Single Event Upset) qui se traduit par le changement d'état aléatoire d'un point mémoire,
  • l'effet SEL (Single Event Latchup) qui se traduit par la mise en conduction de la structure thyristor parasite qui existe dans certaines technologies. Ce phénomène est particulièrement critique puisqu'il peut entraîner la destruction du composant par effet thermique.


Ces effets peuvent être provoqués soit directement par l'ionisation produite lors de la traversée du composant par un ion lourd très energétique, soit par des fragments résultant d'une réaction nucléaire entre une particule légère (proton par exemple) et un atome du composant.

Cette expérience s'inscrit dans la continuité des expériences EXEQ, menées depuis 1992 à bord de la station MIR, afin de comparer les résultats des effets SEU et SEL, au sol et en condition réelle, pour des composants numériques à haut niveau d'intégration. Afin d'améliorer le retour d'expérience, un ensemble de caractérisation des spectres de particules reçus (électrons, protons, ions lourds) a été ajouté.

Les effets étudiés sur les composants électroniques restent toujours des évènements singuliers, mais on ajoute aussi une étude des effets de dérive paramétrique au cours du temps dus à la dose cumulée. Les composants choisis sont des composants de dernière génération, pouvant être approvisionnés en section dite "civile".

Il s'agit donc:

  • d'améliorer les modèles d'estimation des risques auxquels sont soumis les composants électroniques exposés aux radiations du milieu spatial,
  • de mesurer l'environnement radiatif hors et dans la station,
  • de mesurer le comportement des composants hors et dans la station,
  • d'étudier en vol la possibilité d'utiliser dans l'espace des composants avancés dits "commerciaux".

 

Concept opérationnel

Installée le 10/11/1998 à l'extérieur de la station, l'expérience SPICA sera récupérée par J.P Haigneré lors d'une sortie extravéhiculaire de la mission Perseus.

Le principe de test des composants est le même que celui developpé pour l'expérience EXEQ:

  • un microprocesseur associé à un "chien de garde" exécute le test de l'espace mémoire, afin d'évaluer l'effet SEU, et un auto-test, destiné à sa propre évaluation,
  • un controleur indépendant permet la protection et l'évaluation des effets thyristor SEL.


Une partie permettant de mesurer la dérive de consommation de composants sous l'effet de la dose cumulée a été ajouté pour la mission Perseus.

Les détecteurs de particules utilisés sont des détecteurs à barrière de surface en silicium complètement désertés (diodes polarisées en inverse). Lors de leur passage au travers du détecteur, les particules ionisantes créent une impulsion de courant proportionnelle à l'énergie déposée dans la diode. A l'issue de la campagne de mesure, ces impulsions, amplifiées et converties, permettent de constituer un histogramme.
Les chaines d'aquisition sont réglées de façon à pouvoir distinguer électrons, protons et ions.

 

Matériel utilisé

Il se compose de deux blocs, l'un à l'intérieur, l'autre à l'extérieur de la station.

A l'intérieur de la station:

  • un boîtier électronique ayant pour fonction l'interface entre l'expérience et la station, l'interface entre les sous-ensembles de l'expérience, une fonction d'enregistrement et de stockage des résultats et la fonction contrôle et commande,
  • un boitier électronique de mesure à l'intérieur comprenant la carte expérience composants intérieure et le spectromètre intérieur,
  • un cable d'alimentation 28 V,
  • un cable de liaison entre la partie extérieure et intérieure de l'expérience.


A l'extérieur:

  • un boitier extérieur comprenant la carte expérience composants extérieure et le spectromètre extérieur,
  • une pièce mécanique fournie par la partie russe, sur laquelle le boîtier extérieur est assemblé .


Compte tenu du volume de données à stocker, le stockage des résultats s'effectue sur des cartes mémoire PCMCIA.

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