卫星的“单粒子翻转”是什么意思?

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单粒子翻转是由于宇宙空间存在大量高能量的粒子辐射,由单个高能粒子进入半导体器件灵敏区(例如微处理器、半导体存储器或功率晶体管中)中引起反应,导致存储单元发生位翻转(即内容由 0 变为 1,或由 1 变为 0),由此引起的仪器错误。这种0和1的逻辑状态变化是由位于“逻辑单元”(例如“bit”)附近的重要节点内或附近电离产生自由电荷的结果。

高能粒子进入半导体灵敏区可能引起多种单粒子效应,而单粒子翻转是空间辐射造成的多种单粒子效应中最常见和最典型的一种,甚至成为星载计算机中最常见的错误。单粒子翻转主要发生在数据存储或指令相关器件中。单粒子翻转造成的器件错误属“软错误”,即通过系统复位、重新加电或重新写入能够恢复到正常状态。

30年前发射的风云一号A星(FY-1A)遭遇强烈的太阳活动,卫星发生“单粒子翻转”事件,最后导致姿态失控,仅工作了39天后就发生故障并最终停止工作。这种名为“单粒子翻转”(Single Event Upset,简称SEU)的现象可谓是航空航天器的杀手。

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