“海洋一号C”卫星:数传分系统全时开机

原标题:答:卫星的“单粒子翻转”是什么意思?

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中新网西安9月7日电 (记者 田进 通讯员
张昊)“海洋一号C”卫星7日成功发射,中国航天科技集团五院西安分院承担研制的数传分系统,在卫星与地面之间搭建了一条信息传输通道,能够将卫星获取的全球海洋水色、水温等重要数据传回地面。

空少问答

图片 3卫星模拟图。
西安分院 摄

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海洋信息的动态性决定了“海洋一号C”卫星的数传分系统必须全时开机,实时对数据进行处理和传输。对一般遥感卫星而言,数传分系统不会一直处于开机状态,而是根据需要进行开机,每次开机时间不会超过半小时。因为太空中有很多高能量粒子,这些粒子有可能会撞上卫星,影响数传分系统,导致数据处理出现偏差和错误,缩短开机时间,就可以减小受到高能量粒子影响的概率。

第八十九期

对于“海洋一号C”卫星的数传分系统来说,要实现全时开机,最重要的就是避免单粒子翻转。单粒子翻转是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区,使器件逻辑状态翻转的现象。卫星和地面计算机一样,数据均是采用二进制的“0”“1”来存储、传输和读取。单粒子不定期来袭,数传分系统的某些器件如果受到高能单粒子的撞击,就会使存储的“0”变成“1”,或者“1”变为“0”,导致数据严重错误,甚至传输中断。

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图片 4卫星工作示意图。
西安分院 摄

对付单粒子翻转最简单的方法就是关机重启,但是关机重启意味着数据中断,无法保证数传分系统的全时开机功能。科研人员利用三模冗余、定时刷新等方法方增强了卫星数传分系统的抗单粒子翻转能力。简单来说,三模冗余、定时刷新,就是将重要数据分别存储3次,也就是给1个数据做了2个备份。若数据被高能单粒子“篡改”,系统会根据另外两个没有被改变的数据,进行自我修复。此外,卫星的数传分系统设置了数据的定时刷新功能,这样就保证了卫星收集的海洋动态数据存储和传输的正确性。

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“海洋一号C”卫星的数传分系统的全部单机都是经历过在轨考验的成熟产品,一方面为海洋数据传回地面的实效性和准确性又提供了一重保障,另一方面大大提高了“海洋一号C”卫星数传分系统的研制速度。该院主管科研生产的副院长和新阳介绍,“固化硬件、通过软件设计进行有效载荷产品研制也是未来的一个发展趋势,我们现在已经在逐步的实现这个过程了,但是还需要不断的摸索、优化。”

答:卫星的“单粒子翻转”是什么意思?

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空少正解

上期我们讲到,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天后就故障并最终失效。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,例如1995年的实践四号卫星上搭载的2台用于单粒子事件测量的监测装置,在入轨后的19天内共发生了65次翻转;另外风云一号B卫星(FY-1B)依然多次因太阳单粒子翻转事件导致姿态控制系统失控,这也会为什么系统最后过早的失效。

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FY-1A卫星黑白照片,它因为单粒子翻转导致姿态失控(来源:

在1954年至1957年地面核试验期间,科学家首次发现并描述了单粒子翻转,当时在电子监测设备中观察到许多异常。虽然很难将单粒子翻转这类“软故障”与其他形式的干扰分辨开,但在20世纪60年代的空间科学研究中观测到了很多的此类问题。1972年,一颗Hughes卫星发生故障,地面与卫星的通信中断了96秒,然后卫星重新被捕获,对此,科学家DanBinder、Edward
C. Smith和Al
Holman把这种异常解释为一次由单个高能粒子引起的扰乱,并于1975年在IEEE的核科学学报上发表了论文,这可能是最早的关于单粒子翻转的论文。

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