传统与新型空间电子解决方案的融合

混合方法允许设计团队结合最新的最先进的 COTS 技术实施抗辐射功能基础。

在游戏、手机、可穿戴设备和物联网 （IoT） 等消费电子产品蓬勃发展之前，曾有一段时间，政府/军用电子产品部门消耗了半导体行业相当大比例的产出。这使军事和航天机构对半导体行业正在开发的新产品和制造工艺的类型产生了重大影响。这不再是正确的，因为军事/航空航天市场的规模不再大到足以证明半导体供应商进行此类投资的合理性。这导致继续使用多年前开发的传统组件以及用于太空的上屏商用现货 （COTS） 集成电路。对于空间电子系统设计人员来说，这不是一个理想的情况。

军事和主要航空航天供应商仍然对使用 COTS 持保守态度，因为他们的任务保证模型非常严格，而且多年来，他们严格的设备认证方法已被证明非常有效。然而，有一个“新空间”开发人员社区，他们对风险具有更高的容忍度，但预计组件成本会显着降低。小卫星的日益普及进一步鼓励了这种方法，因为故障成本较低，并且小卫星星座 （SmallSats） 可用于提供系统级冗余以掩盖单个 SmallSat 单元的故障。（通常认为 SmallSat 的重量不到 300 公斤，但通常更轻；另请参阅“什么是 SmallSats 和 CubeSats？ ”）

对今天情况的简化看法是有两个基本阵营。“传统”阵营对失败的容忍度很低，并且为通常被认为远非最先进的抗辐射（rad-hard）专用半导体支付高昂的费用。“新太空”阵营对任务保障的态度更为宽松，愿意使用采用最新技术的低成本COTS设备。鉴于绝大多数新的空间卫星用于低地球轨道（LEO），其辐射环境不太极端，灾难性辐射诱发故障的风险较低（LEO 被认为在大约 300 公里到 1，000 公里之间）来自地球并位于内范艾伦辐射带下方）。

有迹象表明，传统阵营的成员开始放宽对半导体产品资质的严格要求，以利用最新技术。他们愿意在太空任务中使用塑料包装而不是传统的陶瓷包装就证明了这一点。还有迹象表明，新的太空阵营已经认识到 COTS 产品代表着有充分根据的风险，因此他们一直明智地在太空电子系统中部署抗辐射组件以提高可靠性。所有这一切的结果是，传统的和新的太空工程师正在逐渐融合一种方法，使用更具成本效益但仍抗辐射的电子设备来创建系统。

近年来，已经出现了许多降低传统抗辐射部件的高成本的举措。这些举措包括利用大批量商业晶圆代工厂的创新硬化技术、可用于抗辐射集成电路的商业 IP（如 Arm 处理器）的使用，以及目前正在采取的创建步骤适合在太空中使用的塑料包装规格。所有这些措施都在降低抗辐射组件的成本，以促进传统和新太空开发商的需求的融合。

一种正在获得动力的方法，特别是在 CubeSats 中，是明智地使用抗辐射组件来实现关键系统功能，并充当安全监视器或看门狗，以监督系统中使用的 COTS 设备的正确运行。这种混合方法允许设计团队结合最新的最先进的 COTS 技术实施抗辐射功能基础。一个很好的例子是在小型卫星中使用 COTS 图形处理单元 （GPU），该卫星需要对机载摄像头进行高速图像处理。COTS GPU 本身无法减轻辐射效应，但可以通过抗辐射设备对其进行管理，以确保其正常运行，并在其运行受到辐射效应干扰时重置。

使用 COTS 设备的多个副本来实现冗余仍然是一种流行的方法，但考虑到尺寸，这变得更具挑战性。将大量功能压缩到 CubeSat 外形尺寸中是有益的，因为它降低了发射成本并开辟了更多运载火箭选择。但是，如果系统中设计了高度冗余以补偿 COTS 设备的使用，那么将更多功能压缩到有限的空间是很困难的。

影响空间电子系统总体成本和可靠性的一个主要因素是软件。访问最新的商业软件开发工具无疑是创建健壮代码的主要好处。当可靠的软件模块被创建和验证后，能够重用它们也是一个很大的好处。尤其是新的太空社区，已经显示出使用可以非常快速地开发、调整和重用的软件可编程架构的趋势。这通过重复使用已知良好的模块来减少产品开发时间并提高可靠性。

一颗小型卫星的成本可能会有很大差异，这取决于谁在开发它，谁在发射它，它将在哪里运行，以及它的预期寿命。当分析开发、测试、发布和运营成本时，很明显，通过仅使用 COTS 设备而不包括一些抗辐射设备来节省几千美元只是总体预算中相对较小的一部分。许多小型卫星开发商已经认识到这一点，并已采取措施通过选择性实施抗辐射组件来升级其任务保证以实现关键任务功能。随着下一代抗辐射组件的可用性和成本不断提高，这一趋势将加速。

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