• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»Исследовательские проектыРазработка теоретических основ функциональной безопасности, электромагнитной совместимости и надежности электронных средств космических аппаратов и систем

Разработка теоретических основ функциональной безопасности, электромагнитной совместимости и надежности электронных средств космических аппаратов и систем

2013

Объект исследования: космические аппараты и их бортовая радиоэлектронная аппаратура.

Цель работы: создание теоретических основ идентификации параметров моделей элементов ЭС КА

Задачи исследования:

• анализ применения информационных технологий в процессе проектирования электронных средств космических аппаратов;

• развитие теория и методов идентификации параметров моделей элементов;

• классификация методов построения моделей радиоэлектронных средств.

• разработка методик идентификации параметров моделей различного класса, таких как диоды, транзисторы, операционные усилители, ТТЛ – вентили, фильтры и др.

Эмпирическая база исследования:

- современные физико-математические методы;

- метод структурного электрофизического моделирования;

- методы макромоделирования для решения задач большой размерности;

- методы идентификации параметров моделей РЭС, применимые для моделей разного класса и методики идентификации параметров математических моделей элементов РЭС различных классов, позволяющие получать параметры моделей на основе нормативно-справочной документации по отечественной и зарубежной элементной базе.

Результаты работы:

• Результаты анализа современного состояния информационных технологий, применяемых при проектировании электронных средств космических аппаратов.

• Классификация математических моделей элементов радиоэлектронных систем, позволяющая четко позиционировать модель с точки зрения ее функциональности.

• Классификация методов синтеза структуры математических моделей элементов радиоэлектронных систем.

• Метод идентификации параметров моделей радиоэлектронных систем, применимый для моделей разного класса.

• Методики идентификации параметров математических моделей элементов радиоэлектронных системразличных классов, позволяющие получать параметры моделей на основе нормативно-справочной документации.

Степень внедрения, рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР:

В ходе выполнения НИР были получены следующие основные результаты:

  • Предложен новый метод повышения устойчивости бортовой аппаратуры к факторам внутренней электризации путем использования слабопроводящего диалектрика. На примере модельного диэлектрика показана такая возможность. Экспериментально измерены его электрофизические характеристики. По разработанной методике проведена оценка его электризуемости. Обсуждаются полученные результаты.
  • Разработана технология изготовления композитного модельного диэлектрика обладающего пониженной электризуемостью. Качественная работа космических аппаратов на околоземных орбитах, включая геостационарную орбиту, предполагает применение в составе радиоэлектронных средств этих аппаратов диэлектрических материалов обладающих пониженной электризуемостью. В этом случае, качество работы электронных средств будет существенно выше, за счет отсутствия электростатических разрядов вызываемых электризацией и приводящих к обратимым и необратимым отказам электроники.  Для моделирования работы электронных средств в таких условиях разработана технология изготовления композитного модельного диэлектрика обладающего пониженной электризуемостью, сделаны расчеты в приближении модели «сплюснутых» эллипсоидов.
  • Рассмотрены основные этапы формирования модели интенсивности отказов КМОП СБИС из-за воздействия ЭСР. Показано, что для бортовой космической аппаратуры вероятность воздействия ЭСР может быть определена на основе характеристик окружающей радиационной обстановки.
  • Показана возможность использования математических моделей коэффициентов интенсивностей отказов для повышения точности расчетов ресурса аппаратуры Одним из показателей качества космических аппаратов и систем, требования к которому постоянно возрастают, является срок активного существования, который относится к группе показателей надежности и характеризует долговечность космических аппаратов. На значение срока активного существования влияют различные факторы, среди которых существенное значение имеет долговечность электронных средств.
  • Рассмотрено применение имитационного моделирования для оценки показателей надежности радиоэлектронных средств со сложными алгоритмами резервирования и реконфигураций. Описываются модели и возможности специализированного языка описания отказов радиоэлектронных средств на примере нескольких вариантов сложных структур.
  • В работе изучены и предложены общие подходы к построению распределенной системы схемотехнического моделирования как элемента информационной поддержки жизненного цикла изделия. Реализация этих подходов демонстрируется на примере создания одного из элементов системы.
  • Разработан метод снижения трудоемкости анализа линейных электрических эквивалентных схем за счет редукции исходной схемы, использующий свойство схем, состоящих из слабо связанных между собой подсхем с применением метода макромоделирования. Для нахождения частотных и спектральных характеристик модели предлагается использовать модель, состоящую из макромоделей. Предлагаемый метод дает возможность исключить из подсхем несущественные для данной задачи внутренние переменные, оставив лишь необходимые для пользователя входные и выходные характеристики и, тем самым, сократить количество уравнений анализируемой модели. При этом также появляется возможность организации параллельных вычислений – независимого анализа каждой макромодели в отдельности. Анализ модели, состоящей из макромоделей, производится с минимальной вычислительной погрешностью.
  • Предложен метод моделирования линейных эквивалентных электрических схем, формируемых с помощью искусственных электроаналогий,  основанный на  их двухступенчатой редукции. На первом этапе моделирования модель каждой подсхемы исходной схемы формальным образом преобразуется в макромодель, отражающей только лишь ее соотношения типа «вход-выход». На втором этапе модель, состоящая из макромоделей, преобразуется в макромодель следующего иерархического уровня. Математический аппарат макромоделирования основан на обращении в аналитическом виде полиномиальных регулярных матриц высоких степеней. Предлагаемый метод позволяет значительно сократить трудоемкость моделирования и многовариантного анализа больших эквивалентных электрических схем.
  • Проведено исследование численной устойчивости разработанной авторами ранее редуцированной схемы численного интегрирования системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений. Полученное условие численной устойчивости редукционной схемы доказывает возможность использования данной схемы на практике. Работоспособность редуцированной схемы была протестирована на реальной задаче электродинамики, решенной предварительно известными численными методами. Сделан важный вывод, заключающийся в возможности быстрого получения спектра матрицы, полученной в ходе преобразования вычислительной схемы. Спектр матрицы дает возможность определиться с величиной шага интегрирования, что позволяет повысить качество проведения расчетов по вычислительной схеме.

Область применения: ракетно-космическая техника,  радиоэлектронные средства наземного базирования.

Публикации по проекту:


Белик Г. А., Саенко В. С., Абрамешин А. Е. Метод повышения устойчивости печатных узлов бортовой аппаратуры космических аппаратов к возникновению электростатических разрядов // В кн.: Труды XXIII Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 8 июля - 13 июля 2013) / Науч. ред.: Г. Г. Бондаренко. М. : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2013. С. 440-446.
Chetverikov, V.M., Saenko, V.S., Tyutnev, A.P. Relative permittivity of the dielectric composite with small doping of conductive nanoparticles, in: Adaptive Science and Technology (ICAST), 2013. International Conference. IEEE, 2013. P. 1-3.
Кечиев Л. Н., Кузнецов В. В. Исследование стойкости печатных узлов к воздействию электростатического разряда // Технологии электромагнитной совместимости. 2013. № 1(44). С. 29-38.
A.P.Tyutnev, G.A. Belik, A.E. Abrameshin, V.S. Saenko. Laboratory Simulation of Charging of Polymers by Beams of Low-Energy Electrons / Пер. с рус. // Inorganic Materials: Applied Research. 2013. Vol. 4. No. 2. P. 98-102. doi
Tyutnev A. P., Novikov S. Charge carrier transport in molecularly doped polycarbonate as a test case for the dipolar glass model // Journal of Chemical Physics. 2013. Vol. 138. No. 104120. P. 1-9. doi
Жаднов В. В. Исследование метода моделирования отказов КМОП СБИС бортовой космической аппаратуры из-за воздействия ЭСР // В кн.: Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве: Сборник трудов VII международной научно-практической конференции. Протвино : Управление образования и науки г. Протвино, 2013. С. 751-754.
Жаднов В. В. Повышение точности расчётной оценки показателей долговечности бортовой космической аппаратуры // В кн.: Радиовысотометрия - 2013: Сборник трудов Четвертой Всероссийской научно-технической конференции. Екатеринбург : ООО «Форт Диалог-Исеть», 2013. С. 164-169.
Четвериков В. М., Смирнов Д. Д., Гузенкова А. С. Зависимость диэлектрической проницаемости композита от концентрации проводящего наполнителя // В кн.: Труды XXIII Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 8 июля - 13 июля 2013) / Науч. ред.: Г. Г. Бондаренко. М. : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2013. С. 200-209.
Борисов Н. И., Востриков А. В., Тишкин А. М. Оценка численной устойчивости вычислительной редуцированной схемы, основанной на методах Эйлера // В кн.: Труды XXIII Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 8 июля - 13 июля 2013) / Науч. ред.: Г. Г. Бондаренко. М. : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2013. С. 325-331.
Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции / Отв. ред.: И. А. Иванов; под общ. ред.: С. У. Увайсов. Т. 3. М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.