原創(chuàng)：Simon 半導(dǎo)體芯科技SiSC

北京時(shí)間2022年2月9日（美國(guó)東部時(shí)間2月8日），SpaceX（美國(guó)太空探索技術(shù)公司）表示，該公司于2月3日發(fā)射的一批49顆星鏈衛(wèi)星，有40顆因受地磁暴影響而已經(jīng)或?qū)⒁诖髿鈱訅嫐А?/span>

根據(jù)SpaceX官方說(shuō)法，這批衛(wèi)星發(fā)射后的第二天，就受到地磁暴影響，導(dǎo)致衛(wèi)星所在區(qū)域的大氣溫度上升、密度增加。星載GPS顯示，衛(wèi)星受到的大氣阻力較發(fā)射前增加了50%，許多衛(wèi)星很快因大氣阻力而脫離軌道。

其實(shí)，包括衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站等在內(nèi)，游弋在太空中的各種人造飛行器，其內(nèi)部都含有各類芯片、器件、板卡等大量電子設(shè)備。目前，在地球環(huán)境內(nèi)所使用的電子器件等產(chǎn)品，我們熟悉的劃分標(biāo)準(zhǔn)是：

但是，工作在太空環(huán)境中的電子器件被定義宇航級(jí)，因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境遠(yuǎn)比地球環(huán)境苛刻惡劣。

在太空環(huán)境中，存在著大量的高能粒子和宇宙射線。我們生活在被大氣層和地球磁層包裹著的地球表面，人們無(wú)法感受到這些射線和粒子破壞性。當(dāng)這些粒子和射線穿透航天器，與元器件的材料相互作用，產(chǎn)生輻射效應(yīng)，就會(huì)引起電子器件性能異?；驌p毀。比如，由γ光子、質(zhì)子和中子照射所引發(fā)的氧化層電荷陷阱或位移破壞，包括漏電流增加、MOSFET閾值漂移，以及雙極晶體管的增益衰減。高能粒子(質(zhì)子、中子、α粒子和其他重離子)轟擊微電子電路敏感區(qū)，引發(fā)在p-n結(jié)兩端產(chǎn)生電荷的單粒子效應(yīng)，可導(dǎo)致軟誤差、電路閉鎖或元件燒毀。高速率的γ或X射線，在極短時(shí)間內(nèi)作用于電路，并在整個(gè)電路內(nèi)產(chǎn)生光電流，可導(dǎo)致閉鎖、燒毀和電壓坍塌等破壞。這些情況都會(huì)導(dǎo)致芯片損毀?？馆椛湓O(shè)計(jì)對(duì)于宇航級(jí)芯片來(lái)說(shuō)，必不可少。

在太空環(huán)境中，由于缺少空氣的散熱，物體的表面溫度取決于太陽(yáng)的光照。物體受光面和被光面的溫差非常大。以高度為300~400公里的軌道溫度為例，物體受光面溫度約為150℃，背光面溫度約為-127℃，溫差約為300℃。因此，散熱設(shè)計(jì)和寬溫設(shè)計(jì)，對(duì)于宇航級(jí)芯片非常重要。

另外，宇航級(jí)芯片在生產(chǎn)過(guò)程中，要使用特殊的晶圓制造、加固、封裝等工藝來(lái)達(dá)到嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

由此，我們可以看出宇航級(jí)芯片的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)在軍工級(jí)之上。

正是因?yàn)橛詈郊?jí)芯片的技術(shù)要求高、市場(chǎng)需求有限，導(dǎo)致其價(jià)格十分昂貴。比如，Xilinx宇航級(jí)芯片XQR5VFX130-1CF1752V封裝BGA,每片價(jià)格大于120萬(wàn)人民幣，且有價(jià)無(wú)貨。宇航級(jí)芯片XQR4VSX55-10CF1140V封裝CLCC,每片價(jià)格大于50萬(wàn)人民幣，ATMEL宇航芯片AT697F-KG-E封裝MQFP256，每片價(jià)格大于60萬(wàn)等等。當(dāng)然，這其中有涉密因素和“巴統(tǒng)-瓦森納協(xié)議”對(duì)我國(guó)的限制。

然而，這40顆星鏈衛(wèi)星的墜毀，并非衛(wèi)星的芯片或自身出現(xiàn)問(wèn)題。SpaceX出于成本和測(cè)試等方面考慮，其星鏈衛(wèi)星的部署方式是，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地高度210公里的低軌道，然后它們自行變軌至更高軌道。而低軌道的大氣密度是高軌道的數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣就大大增加了遭遇地磁暴的概率。SpaceX所公布的這個(gè)區(qū)域的大氣數(shù)據(jù)變化，與我國(guó)地磁臺(tái)站觀測(cè)和計(jì)算的結(jié)果相符，衛(wèi)星在此遭遇了強(qiáng)度級(jí)別Kp=5的地磁暴。

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審核編輯：符乾江