Strahlungseffekte & COTS-Qualifizierung

Auch bekannt als TID, SEU, SEL, SAA

Gesamtdosis (TID), Single-Event-Effekte (SEE), Südatlantische Anomalie (SAA) und Schutzschaltungen.

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SQ-EN-005
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Ionisierende Gesamtdosis und Einzelereigniseffekte im LEO

Auf sonnensynchronen Umlaufbahnen in Höhe verfügt ein PocketQube nur über eine verhältnismäßig dünne Abschirmung — oft lediglich Aluminium oder FR-4 —, doch begrenzt seine kurze Bahnlebensdauer () die kumulative ionisierende Gesamtdosis (Total Ionizing Dose, ) auf rund [1]. Die meisten modernen kommerziellen Standard-CMOS-Bausteine () wie Mikrocontroller, Transceiver und LDO-Spannungsregler überstehen ohne parametrischen Ausfall[2].

Die maßgebliche Strahlungsgefahr im niedrigen Erdorbit geht stattdessen von Einzelereigniseffekten (Single-Event Effects, ) aus, ausgelöst durch hochenergetische Protonen () in der Südatlantischen Anomalie (SAA) sowie durch galaktische kosmische Strahlung nahe den Polen[3]:

  • Single-Event Upset (): Nichtzerstörendes Kippen einzelner Bits in SRAM-Zellen, Prozessorregistern oder Flash-Konfigurationszellen.
  • Single-Event Latch-up (): Zünden einer parasitären Thyristorstruktur in Bulk-CMOS-Schaltkreisen, die einen niederohmigen Kurzschluss zwischen Versorgungsspannung und Masse erzeugt und den Baustein thermisch zerstört, sofern der Strom nicht innerhalb weniger Millisekunden abgeschaltet wird.

Schaltungstechnische und architektonische Schutzmaßnahmen

  1. Zweigweise Überstromabschaltung und Power Cycling: Jeder -Versorgungszweig auf dem EPS wird über einen schnellen Strombegrenzungsschalter () geführt, der einen Latch-up-Strom sofort löscht und den Zweig nach einer Abkühlverzögerung wieder zuschaltet[2].
  2. FRAM und MRAM für kritische Zustandsdaten: Ferroelektrischer Speicher (z. B. die Serie TI MSP430FR oder externer SPI-FRAM) speichert Boot-Zähler, Bahnparameter und Konfigurationstabellen in Polarisationszuständen, die unempfindlich gegenüber protoneninduzierten Bitkippern sind, ergänzt durch dreifache modulare Redundanz (TMR) und zyklisches CRC-32-Scrubbing[3].

Literaturverzeichnis

  1. [1]European Cooperation for Space Standardization. (2020). ECSS-E-ST-10-04C Rev.1: Space engineering — Space environment. ESA Requirements and Standards Section.ecss.nl(abgerufen am 20. Oktober 2026)
  2. [2]nadir lab. (2026). PocketQube-class picosatellites: architecture, flight heritage, and a multi-method post-flight analysis of Grizu-263A [Preprint]. nadir lab. Research Monographs (SQ-R-001).Auf nadir lab. lesen
  3. [3]NASA Small Spacecraft Systems Virtual Institute. (2026). Small Spacecraft Avionics. State-of-the-Art of Small Spacecraft Technology (2026 edition), Chapter 8. NASA Ames Research Center.nasa.gov(abgerufen am 20. Oktober 2026)

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