原創(chuàng)：Simon 半導(dǎo)體芯科技SiSC

北京時間2022年2月9日（美國東部時間2月8日），SpaceX（美國太空探索技術(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，包括衛(wèi)星、航天飛機、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，我們熟悉的劃分標準是：

但是，工作在太空環(huán)境中的電子器件被定義宇航級，因為其工作環(huán)境遠比地球環(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，人們無法感受到這些射線和粒子破壞性。當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)，就會引起電子器件性能異常或損毀。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，在極短時間內(nèi)作用于電路，并在整個電路內(nèi)產(chǎn)生光電流，可導(dǎo)致閉鎖、燒毀和電壓坍塌等破壞。這些情況都會導(dǎo)致芯片損毀。抗輻射設(shè)計對于宇航級芯片來說，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)計和寬溫設(shè)計，對于宇航級芯片非常重要。

另外，宇航級芯片在生產(chǎn)過程中，要使用特殊的晶圓制造、加固、封裝等工藝來達到嚴苛的設(shè)計標準。

由此，我們可以看出宇航級芯片的技術(shù)標準遠在軍工級之上。

正是因為宇航級芯片的技術(shù)要求高、市場需求有限，導(dǎo)致其價格十分昂貴。比如，Xilinx宇航級芯片XQR5VFX130-1CF1752V封裝BGA,每片價格大于120萬人民幣，且有價無貨。宇航級芯片XQR4VSX55-10CF1140V封裝CLCC,每片價格大于50萬人民幣，ATMEL宇航芯片AT697F-KG-E封裝MQFP256，每片價格大于60萬等等。當然，這其中有涉密因素和“巴統(tǒng)-瓦森納協(xié)議”對我國的限制。

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)問題。SpaceX出于成本和測試等方面考慮，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)個數(shù)量級，這樣就大大增加了遭遇地磁暴的概率。SpaceX所公布的這個區(qū)域的大氣數(shù)據(jù)變化，與我國地磁臺站觀測和計算的結(jié)果相符，衛(wèi)星在此遭遇了強度級別Kp=5的地磁暴。

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審核編輯：符乾江