Качество электронной компонентной базы - залог длительной работоспособности космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения. 2013

Для повышения адгезии лакокрасочных покрытий и защиты от коррозии производится покрытие механических деталей (рис. 2).

Рис. 1. Линзы экспериментального образца оптической системы звездного датчика

Рис. 2. Механические детали экспериментального образца оптической системы звездного датчика

Рис. 3. Экспериментальный образец оптической системы звездного датчика

После изготовления оптических и механических деталей оптической системы звездного датчика произведена ее сборка, которая заключается в установке оптических и механических деталей в корпусе объектива звездного датчика в порядке, установленном на стадии предварительного проектирования. Результат сборки экспериментального образца оптической системы звездного датчика приведен на рис. 3.

Полученная оптическая система будет в дальнейшем использована для разработки оптической головки экспериментального образца звездного датчика. Разработанный в результате экспериментальный образец звездного датчика будет первым этапом к созданию его опытного образца, который может быть использован на казахстанских космических аппаратах ДЗЗ.

Библиографические ссылки

1. Разработать математическое обеспечение и имитационную модель звездного датчика для космических аппаратов: отчет о НИР (промежуточ.) I Институт космической техники и технологий; рук. Молда-беков М. М., исполн. Елубаев С. А. [и др.]. Алматы, 2012. 121 с. № ГР 0112РК00340. Инв. № 0212РК00953.

2. Зубаков В. Г., Семибратов М. Н., Штандель С. К. Технология оптических деталей : учебник для вузов I под ред. М. Н. Семибратова. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1985. 3б7 с.

References

1. Razrabotat matematicheskoe obespechenie i imitacionnuyu model zvezdnogo datchika dlya kosmicheskich apparatov: otchet o NIR (promejutochn.) I Institut kosmicheskoi techiki I technologi; ruk. Moldabekov M. M., ispoln. Elubaev S.A. [i dr.] - Almaty, 2012. 121 s. №GR 0112RK00340. Inv. № 0212RK00953.

2. Zubakov V. G., Semibratov M.N., Shtandel S. K. Technologia opticheskih detalei: Uchebnik dlya vuzov I pos red. M. N. Semibratova. 2-e izd., pererab. i dop. M. : Mashinostroenie, 1985. 3б7 s.

© Молдабеков М. М., Елубаев C. А., Алипбаев К. А., Бопеев Т. М., Сухенко А. С., 2013

УДК 629.78.051.017.1

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ - ЗАЛОГ ДЛИТЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

В. И. Орлов, В. В. Федосов

ОАО «Испытательный технический центр - НПО ПМ» Россия, 662970, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Молодежная, 20 Е-шаП: itcnpopm@atomlink.ru

Рассмотрены вопросы обеспечения качества электронной компонентной базы, применяемой в космических аппаратах.

Ключевые слова: электронная компонентная база, космический аппарат, дополнительные отбраковочные испытания, электротермотренировка.

QUALITY OF ELECTRONIC COMPONENTS - SPACECRAFTLONG-TERM PERFORMANCE

V. I. Orlov, V. V. Fedosov

JSC «Testing technical centre-NPO PM» 20, Molodezhnaya str., Zheleznogorsk, Kuasnoyarskie krai, Russia. Е-mail: itcnpopm@atomlink.ru

The issues of quality assurance of electronic components used in spacecrafts are overviewed.

Keywords: reliability, certification, Burn-in.

Космос является агрессивной средой, которая обладает различными деструктивными характеристиками, числе которых глубокий вакуум, большой перепад температур, потоки заряженных частиц и т. д.

Бортовая аппаратура в космическом пространстве не подлежит ремонту, именно поэтому она называется неремонтопригодной, и, соответственно, надежность такой аппаратуры должна быть максимальной. Требуемый уровень надежности обеспечивается за счет различных факторов, одним из основных является использование высоконадежной электронной компонентной базы (ЭКБ).

В России отсутствуют специализированные производства ЭКБ для космической отрасли требования к качеству которых чрезвычайно высоки. Основное требование заключается в необходимости обеспечения их непрерывной работоспособности в течение 10-15 лет.

Одним из наиболее эффективных методов предотвращения отказов аппаратуры являются дополнительные отбраковочные испытания (ДОИ) и разрушающий физический анализ (РФА) ЭКБ [1; 2]. По сути, индивидуальная отбраковка ЭКБ включает проведение следующих испытаний:

- электротермотренировка или термотренировка с последующей оценкой дрейфа электрических параметров;

- контроль наличия посторонних частиц в под-корпусном пространстве;

- диагностические испытания (контроль ВАХ, побитовых токов, m-характеристики, токов потребления по шине питания в момент переключения и многие другие).

Поставляемые партии ЭКБ могут быть неоднородными, собранными из нескольких производственных партий пластин (для ИС категории качества «ОС» -одна партия пластин, для «ВП» - до 4-х [3], для ИС класса «V (S)» - одна партия пластин, для, «Q (B)» -до 4-х [4]. Поэтому результаты испытаний на выборке ЭКБ категорий качества «ВП», «Q (B)» распространять на всю поставленную партию компонентов необходимо осторожно, как минимум с убеждением в том, что партия изготовлена из одной партии пластин или что разброс параметров различных кристальных партий невелик. Это связано с тем, что относительно незначительные изменения в производственном процессе могут радикально повлиять на характеристики чувствительности, например, к радиационному воздействию. Необходимо знать, из какого количества одно-

родных групп собрана производственная партия компонентов. Это особенно важно для импортных компонентов уровня качества «Industry», где не существует требований к однородности продукции.

Если поставленная совокупность компонентов состоит из нескольких различных групп, то, для того чтобы иметь обоснованное мнение о каждой из них, необходимо провести испытания для каждой группы предварительно выявив их. С первыми результатами исследований по выявлению таких групп можно ознакомиться в статье [5].

Опыт показал, что серийная продукция заводов-изготовителей не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям, поэтому необходима работа с заводами-изготовителями по выпуску специальных партий ЭКБ (так называемых «спецпартий»).

Что должна представлять собой спецпартия, чтобы стать прообразом компонентов космического уровня качества? Чем она должна отличаться от обычной партии ЭКБ категории качества «ВП» или «ОС»? Для того чтобы понять это, был проведен сравнительный анализ последовательности испытаний по американским стандартам MIL для интегральных схем (ИС) и полупроводниковых приборов (ППП) категории качества «SPACE» и «MILITARY» и требований российских стандартов для категорий качества «ВП», «ОС» и «ОСД». В результате проведенного сравнительного анализа выяснилось, что ЭКБ категории качества «SPACE» и «MILITARY» имеют два отличия: оценка дрейфа параметров и контроль наличия посторонних частиц в подкорпус-ном пространстве (PIND).

Именно поэтому при принятии решения о поставке спецпартий в состав дополнительных испытаний обязательно входит оценка дрейфа параметров и контроль наличия посторонних частиц в подкорпусном пространстве. Эти испытания проводятся в испытательном техническом центре (ИТЦ), поскольку ни один завод-изготовитель в России не в состоянии откорректировать свой технологический процесс в соответствии с этими требованиями. В результате спецпартии являются совместным продуктом завода-изготовителя и ИТЦ.

От каждой партии ЭКБ берутся образцы, на которых проводится РФА для оценки технологических дефектов, которые обычно не выявляются на этапе ДОИ, а проявляются как временной фактор. В составе РФА такие операции, как исследование на растровом электронном микроскопе (РЭМ), контроль подкор-

Решетневскуе чтения. 2013

пусной влаги, испытания на сдвиг кристалла и обрыв выводов, проверка паяемости и др.

После проведения необходимых (взаимосогласованных) работ на заводе-изготовителе и в ОАО «ИТЦ-НПО ПМ» получается продукт, названный нами «Спецпартия». Почему ОАО «ИТЦ-НПО ПМ»? Потому что системно данной работой в России занимается только ОАО «ИТЦ-НПО ПМ». На сегодня оформлено 26 решений о порядке изготовления и поставки спецпартий с различными заводами-изготовителями. Необходимо отметить, что идея создания спецпартий начала реализовывается с 2002 года, и с некоторыми заводами существует уже по нескольку редакций решений, которые уточнялись и развивались на основе накопленного опыта.

В соответствии с действующей нормативной документацией [6] ЭКБ иностранного производства (ЭКБ ИП) необходимо сертифицировать с целью документального подтверждения соответствия требованиям потребителя (модели внешних воздействующих факторов). Изначально сертификация осуществлялась проведением сертификационных испытаний. При этом требовались сложнейшая контрольно-испытательная аппаратура и оснастка, программно-методическая документация. Подготовка и испытания длились месяцы. В результате суммарные затраты на порядки превышали стоимость самих ЭКБ ИП, значительно удлинялись сроки комплектации аппаратуры. На начальном этапе применения ЭКБ ИП в отечественной аппаратуре применялись исключительно элементы коммерческого (индустриального) класса, которые поставлялись без каких-либо документов качества.

В то же время мировые требования к надежности космической техники предполагают использование высоконадежной элементной базы, для ЭКБ ИП - это элементы категории качества «Space» (в крайнем случае, с проведением дополнительного отбора, класса «MIL»).

На сегодня доля элементов «Space», «MIL», «HI-REL» в современной бортовой аппаратуре космических аппаратов значительно увеличилась и имеет тенденцию к дальнейшему росту, чему «объективно способствуют» отказы ЭКБ ИП коммерческого (индустриального) уровня качества при испытаниях и эксплуатации бортовой аппаратуры, хотя доля ЭКБ ИП индустриального класса в силу различных причин остается значительной. Применение ЭКБ ИП космического уровня качества диктует новые подходы к сертификации закупаемых ЭКБ ИП, отказываясь от сертификационных испытаний в пользу анализа результатов испытаний изготовителей ЭКБ ИП.

ЭКБ ИП для космического применения изготавливаются в соответствии с общими и детальными спецификациями соответствующих стран-производителей, в процессе изготовления подвергаются отбраковочным и квалификационным испытаниям, которые превосходят требования отечественной НД. В то же время отсутствие официальных межгосударственных актов по использованию ЭКБ ИП на территории РФ и, соответственно, механизмов идентификации их подлинности не позволяет применять без сертификации ЭКБ ИП даже, казалось бы, высших уровней качества («Space» и «MIL»).

Проведение «классической» сертификации ЭКБ ИП уровней качества «Space» и «MIL» с проведением испытаний для подтверждения требований модели ВВФ, учитывая высокую стоимость как самих ЭКБ ИП, так и сертификационных испытаний, становится неоправданно затратной.

Практика поставки ЭКБ ИП уровней качества «Space» и «MIL» официальными дистрибьюторами изготовителей ЭКБ ИП показывает, что по запросу изготовители ЭКБ ИП поставляют сопроводительную документацию, содержащую отчеты по испытаниям.

При их наличии сертификация может быть полностью или частично проведена анализом соответствия требованиям модели ВВФ.

Таким образом, рассмотрены основные аспекты обеспечения качества ЭКБ, устанавливаемой в летные образцы КА. Показано, что анализ партий ЭКБ на однородность становится актуальной задачей, особенно для ЭКБ с высоким уровнем интеграции, где флуктуации технологического процесса могут привести к ошибкам в оценке качества.

Создание спецпартий - путь к централизованной комплектации аппаратуры КА на принципе равнона-дежности. ОАО «ИТЦ-НПО ПМ» готово поставлять спецпартии всем заинтересованным организациям.

Отсутствие межгосударственных актов по использованию ЭКБ ИП на территории РФ приводит к необоснованному увеличению затрат на проведение сертификационных испытаний.

Библиографические ссылки

1. Федосов В. В, Патраев В. Е. Повышение надежности радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов при применении электрорадиоизделий, прошедших дополнительные отбраковочные испытания в специализированных испытательных технических центрах // Авиакосмическое приборостроение. 2006. № 10. С. 50-55.

2. РД В 319.04.47-2006. Порядок и методы проведения разрушающего анализа качества партий изделий, поставляемых для высоконадежных радиоэлектронных средств вооружения. 46 с.

3. ОСТ В 11 0998-99. Микросхемы интегральные. Общие технические условия.

4. Performance specification/integrated circuits (microcircuits) manufacturing, general specification for. MIL-PRF-38535F.

5. Орлов В. И., Сергеева Н. А. О непараметрической диагностике и управлении процессом изготовления электрорадиоизделий // Вестник СибГАУ. 2013. Вып. 2(48). С. 70-75.

6. РД 134-0154-2007. Методические указания. Порядок организации и проведения сертификации изделий иностранной электронной компонентной базы. 26 с.

References

1. Fedosov V. V, Patraev V. E. Povyshenie nadezhnosti radiojelektronnoj apparatury kosmicheskih apparatov pri primenenii jelektroradioizdelij, proshedshih

dopolnitel'nye otbrakovochnye ispytanija v specializiro-vannyh ispytatel'nyh tehnicheskih centrah // Avia-kosmicheskoe priborostroenie. 2006. № 10. S. 50-55.

2. RD V 319.04.47-2006. Pojdok i metody provedenija razrushajushhego analiza kachestva partij izdelij, postavljaemyh dlja vysokonadezhnyh radiojelektronnyh sredstv vooruzhenija. 46 s.

3. OST V 11 0998-99. Mikroshemy integral'nye. Obshhie tehnicheskie uslovija

4. Performance specification/integrated circuits (microcircuits) manufacturing, general specification for. MIL-PRF-38535F.

5. Orlov V. I., Sergeeva N. A. O neparametricheskoj diagnostike i upravlenii processom izgotovlenija jelektroradioizdelij. // Vestnik SibGAU. 2013. Vyp. 2(48) S. 70-75.

6. RD 134-0154-2007. Metodicheskie ukazanija. Poijadok organizacii i provedenija sertifikacii izdelij inostrannoj jelektronnoj komponentnoj bazy. 26 s.

© Орлов В. И., Федосов В. В., 2013

УДК 629.78.054:621.396.018

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ SPACEWIRE В АППАРАТНО-ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ МОДУЛЬНО-СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ

А. В. Пичкалев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru

Рассматриваются результаты внедрения аппаратно-программном комплекса модульно-сетевой архитектуры для отработки нового интерфейса бортового комплекса управления на базе технологии SpaceWire. Ставятся задачи его дальнейшего использования.

Ключевые слова: бортовой комплекс управления, модульно-сетевая архитектура, интерфейс SpaceWire.

APPLICATION OF SPACEWIRE TECHNOLOGY IN THE HARDWARE-SOFTWARE COMPLEX OF MODULAR-NETWORK ARCHITECTURE

A. V. Pichkalev

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru

The results of introduction of a hardware-software complex of modular-network architecture for working off of the new interface of an onboard complex of control on the basis of technology SpaceWire are considered. Problems of its further use are put.

Keywords: onboard complex of control, modular-network architecture, interface SpaceWire.

Для минимизации времени и затрат на создание принципиально нового интерфейса бортового комплекса управления (БКУ) на базе технологии SpaceWire - международного стандарта коммуникаций бортового авиационного и космического оборудования - был разработан расширяемый аппаратно-программный комплекс экспериментальной отработки приборов и БКУ с модульно-сетевой архитектурой (АПК МСА) - магистрально-модульная система в международном стандарте CompactPCI/PXI [1].

Разработка АПК МСА велась на наиболее оптимальной основе технологий National Instruments (NI) с применением модулей и приборов SpaceWire практически всех представленных в России производителей: Star-Dundee (Шотландия), ГУП Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» (НПЦ «ЭЛВИС») и собственно NI.

Для разработки ПО АПК МСА использовался успешный опыт создания испытательных комплексов с

помощью системы графического программирования LabWIEW [2].

В ходе отработки функционирования интерфейса SpaceWire на базе АПК МСА производилась стыковка сетевых устройств различных производителей с проверкой тестером:

- выдачи команд;

- передачи информации;

- скорости передачи информации;

- работы с маршрутизатором интерфейса SpaceWire.

Велась отработка информационного обмена типового канала связи между двумя узлами бортовой сети, с учетом ненагруженного («холодного») резервирования комплектов БА и соответствующими перекрестными связями.

Аппаратура АПК МСА позволяет имитировать отказ активного канала информационного обмена и переключение комплектности БА, а также исследовать