Автореферат (Метод повышения устойчивости печатных узлов БРЭА космических аппаратов к возникновению ЭСР), страница 3

Погрешность измерения величиныповерхностного потенциала непревышает 10%, параметры ЭСР определяются с погрешностью 20%.В результате экспериментальных работ получено, что значениеповерхностного потенциала всех образцов модельных диэлектриков непревысило 20 В, ЭСР не наблюдались, в отличие от сравнительных тестов счистым диэлектриком (парафином), где наблюдались выраженные разряды счастотой 2-5 раз в минуту уже к третьей минуте с начала облучения.В пятой главе диссертации разработан метод повышения устойчивостипечатных узлов БРЭА космических аппаратов к ЭСР на основе заменытрадиционных диэлектриков печатных плат диэлектриками, обладающиминанопроводимостью,исключающимивозникновенияЭСРивыполненаэкспериментальная проверка метода и приведены результаты внедрения методав процесс проектирования и производства бортовой радиоэлектронной16аппаратуры космической техники.

Экспериментальные работы проходили в дваэтапа. На первом этапе в работе использовалась специально разработанная длягенерации сигнала микросхема SN74S124 (аналог К531ГГ1) представляющаясобой сдвоенный мультивибратор, генерирующий на выходе прямоугольныеимпульсы напряжения типа «меандр».

Частота этих импульсов задаваласьпутем расчета навесных элементов, или путем подачи напряжения насоответствующие управляющие входы микросхемы. В качестве имитациипечатной платы, к микросхеме дополнительно присоединялись провода,имитирующие дорожки печатной платы. Измерения проходили в два этапа: насобранную схему подавалось питание, записывался и запоминался результат.На втором этапе, не меняя ничего в схеме физически, а также, не изменяя ееместоположения,схемапогружаласьвполученныйслабопроводящийдиэлектрик целиком. Его удельное электрическое сопротивление составило3·109 Ом·м с массовой концентрацией сажи в 8,5 процентов.

Такжерегистрировались данные на цифровой запоминающий осциллограф.Было получено, что на частоту генерируемого импульса наличиенанопроводящего диэлектрика не повлияло, максимальное изменение частоты врамках одного этапа измерений – с 37 до 34,4 МГц (рисунок 7) связано сувеличением межэлектродных емкостей при их заполнении модельнымдиэлектриком.На втором этапе работ проводились измерения скорости передачи данныхчерез типовую печатную плату. Измерение скорости передачи данныхпроисходиломеждудвумяперсональнымикомпьютерами(ПК)сиспользованием высокоскоростной сети передачи данных (100 Мбит/с,технология Ethernet в локальной сети IEEE 802.3u Fast Ethernet).

Процессизмерений проводился в следующем порядке.Два ПК соединяются кабелем типа «витая пара» длиной 2 метра,категория кабеля – 5. Объектом исследования является сетевая карта,подключаемая в слот PCI одного из ПК.17Рисунок 7 Выходной сигнал с мультивибратора без заливки модельнымдиэлектриком (верхний график) и залитого (нижний график) модельнымдиэлектриком, обладающим нанопроводимостью.С помощью специализированного программного обеспечения (ПО) iperf,работающего через командную строку, и более удобной русскоязычной версиис графическим интерфейсом-надстройкой, написанной на языке Java – jperfизмерялась скорость передачи данных. Измерялась скорость передачи и приемаданных сетевой картой в ПК «Б», который, посредством витой пары,соединялась с ПК «А». Сетевая карта ПК «Б» была залита модельнымнанопроводящим диэлектриком.

В ПК «А» находилась штатная сетевая карта.ПО Java – jperf состоит из двух частей типа «клиент-сервер»,запускаемых на разных ПК. При запуске серверной сетевой карты на первомПК, а клиентской части на сетевой карте второго ПК, программное обеспечениеосуществляет передачу пакетов данных в режиме заполнения всей доступнойполосы пропускания по скорости. Эта скорость зависит от типа кабеля и18параметров сетевых карт в обоих ПК. Среднее значение скорости обменавыводится по результатам пяти последовательных измерений.Суть измерений состоит в определении влияния на скорость передачиданных состояния печатной платы сетевой карты и состоит из трех этапов:1) Измерение скорости передачи данных через плату с нанесеннымзаводским способом защитным эпоксидным лаком со стороны выводов,полигонов «земли» печатного монтажа.2) Измерение скорости передачи данных через плату с удаленнымзащитным покрытием из лака.3) Измерение скорости передачи данных через плату с удаленнымзащитным покрытием лака, взамен которого нанесен толстый слой (3…4 мм)модельного диэлектрика, который обеспечивает требуемые токи утечки междупечатными проводниками печатной платы (Рисунок 8).Рисунок 8 Внешний вид печатной платы со снятым защитным лаковымпокрытием (слева) и с нанесенным толстым слоем (3…4 мм) модельнымнанопроводящим диэлектриком (справа).19В ходе проведения эксперимента ПО Java – jperf генерировало строгооднонаправленные информационные пакеты, что показали неоднократныетесты в самых разнообразных конфигурациях служебного (системного)программногообеспечения,дляисключенияеговлияниянапроизводительность обработки и передачи информации поступающей илипередаваемой через сетевые платы.

В результате более 50 сеансов передачи иприёмабылополучено,чтоналичиенанопроводящегодиэлектрикаувеличивающего токи утечки между проводниками печатной платы сетевойкарты «Б» не влияет на скорость передачи данных (в рамках одного этапа пятипоследовательных сеансов передачи информационных пакетов), при этом,максимальная достигнутая скорость – 91 Мбит/c.Таким образом, с помощью компьютерного моделирования предсказаноиэкспериментальноподтверждено,чтоприменениеобладающегонанопроводимостью диэлектрика в печатной плате цифровой схемы неухудшаетработуцифровогоустройстваиодновременноисключаетвозможность возникновения ЭСР при использовании такой печатной платы вБРЭАКА.Наэтотехническоерешениеполезную модель RU 114816 U1 от 10.04.2012иполученпатентнапатентнаизобретение«Печатная плата для бортовой радиоэлектронной аппаратуры космическихаппаратов» RU 2497319 C1 от 29.10.2013 года.Общие выводы1.Выполнен обзор и анализ существующих методов защиты БРЭАкосмическихаппаратовсопровождающихееотпроцессовэлектростатическихвнутреннейэлектризацииразрядов.

На основеианализасформулировано новое направление для устранения внутренней электризацииБРЭА КА. Это направление предполагает использование в составе печатныхузлов КА диэлектриков, обладающих нанопроводимостью.20Проведено компьютерное моделирование работы типового цифрового2.устройствамультивибратора–дляобоснованиявозможностизаменытрадиционных диэлектриков печатного узла на диэлектрики, обладающиенанопроводимостьюиисключающиевозможностьвозникновенияэлектростатических разрядов при электронном облучении.3.Разработана методика и изготовлен модельный диэлектрик, обладающийтребуемым значением удельной объемной электропроводности для исключениявозможности возникновения электростатических разрядов при электронномоблучении.4.Разработанаопределениюметодикаиэлектризуемостивыполненымодельноготестовыеэкспериментыдиэлектрикаподподействиемэлектронного облучения в вакууме, в условиях близких к натурным условиямэксплуатации.обладающегонанопроводимостьюдиэлектрика в печатной плате (сетевой карте ПК)не ухудшает работу5.Показано,чтоприменениецифрового устройства и одновременно исключает возможность возникновенияЭСР при использовании такой печатной платы в БРЭА КА.6.Разработан метод повышения устойчивости печатных узлов БРЭАкосмических аппаратов к ЭСР, основанный на применении диэлектриковпечатных плат обладающих нанопроводимостью и исключающих возможностьвозникновения ЭСР.7.Наразработаннуюпримененияполученыв2диссертациипатента.печатнуюПатентнаплатукосмическогополезнуюмодельRU 114 816 U1 от 10.04.2012 и патент на изобретение «Печатная плата длябортовойрадиоэлектроннойаппаратурыкосмическихаппаратов»RU 2 497 319 C1 от 29.10.2013 г.

Результаты работы используются в процессепроектирования и в виде выдачи адаптированных требований на разработкубортовой радиоэлектронной аппаратуры космической в НПО им. С.А.Лавочкина.21Основные результаты диссертационной работы изложены в следующихпубликациях.Работы,опубликованныеавторомврецензируемыхжурналах,рекомендованных ВАК Министерства образования и наук РФ:1.Тютнев А.П., Саенко В.С., Абрамов В.Н., Грач Е.П., Белик Г.А.,Пожидаев Е.Д. Влияние предварительного электронного облучения натранспорт дырок в молекулярно допированном поликарбонате // Химиявысоких энергий.

2010. Т. 44. №5. С. 394-401. (0,75 п.л., личный вклад автора0,1 п.л.)2.Белик Г.А., Абрамешин А.Е., Саенко В.С. Внутренняя электризациябортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов // Технологииэлектромагнитной совместимости. 2012. № 3(42). С. 5-16. (1,25 п.л., личныйвклад автора 0,4 п.л.)3.Тютнев А.П., Белик Г.А., Абрамешин А.Е., Саенко В.С. Лабораторноемоделированиеэлектризацииполимеровпотокаминизкоэнергетическихэлектронов // Перспективные материалы. 2012.