Sinar Kosmik Mengancam Pengguna Elektronik

Karena miniaturisasinya, komponen elektronik semakin terpapar radiasi kosmik. Dari luar angkasa hingga mobil, kewaspadaan semakin meningkat. Mengapa sinar kosmik mengancam pengguna elektronik?

Di awal Februari 2022, di langit Amerika. Sekitar empat puluh satelit yang seharusnya bergabung dengan konstelasi Starlink SpaceX terbakar di atmosfer. Kehancuran terjadi beberapa jam setelah peluncuran mereka dari Kennedy Space Center (Florida). Angin matahari akan menjadi penyebab insiden tersebut. Badai magnetik ini – yang menjadi asal muasal aurora borealis – akan menyebabkan pemadatan atmosfer, menyebabkan satelit kehilangan kecepatan dan kemudian jatuh.

Harus dikatakan bahwa SpaceX telah memilih strategi unik yang terdiri dari transit mesinnya di orbit sementara yang terletak di ketinggian 210 km, di tengah atmosfer bagian atas. Ini berarti bahwa hanya satelit yang berfungsi dengan baik yang dapat dikirim ke luar angkasa. Apakah Elon Musk satu-satunya yang harus khawatir dengan angin matahari? Tidak begitu yakin…

Karena radiasi dari luar angkasa merupakan bahaya lain, jauh lebih mengkhawatirkan: efek langsungnya pada komponen elektronik. Radiasi dari kosmos, semburan matahari, dan lontaran massa koronal lainnya dari matahari menghasilkan campuran radiasi yang terdiri dari ion berat, proton, dan elektron. Partikel bermuatan yang dapat menyebabkan korsleting, mengubah status bit dalam memori, atau bahkan menghancurkan komponen.

Radiasi kosmik terbuat dari apa?

Radiasi kosmik terutama terdiri dari partikel bermuatan: proton (88%), inti helium (9%), antiproton, elektron, positron, dan partikel netral (sinar gamma, neutrino, dan neutron). Sumber radiasi ini terletak, tergantung kasusnya, di Matahari, di dalam atau di luar galaksi kita. Beberapa astropartikel yang membentuk radiasi kosmik memiliki energi yang melebihi 10²⁰ eV dan tidak dijelaskan oleh proses fisik yang teridentifikasi.

Baja juga: Radiasi Sinar Cahaya | alfa (α), beta (β), gamma (γ), Radiasi X dan Neutron | Radiasi Pengion

Ada solusi, tapi mahal

Dengan ruang baru, datanglah aktor-aktor yang mengirim satelit ke luar angkasa tanpa memastikan bahwa komponen elektronik mereka akan mampu bertahan di lingkungan luar angkasa.

Ronan Marec, ahli radiasi di Thales Alenia Space

Pertama kali dihadapkan pada konsekuensi sinar kosmik, pemain luar angkasa dengan cepat mengadopsi solusi perlindungan. “Pengoreksi kesalahan adalah sistem yang mendeteksi bahaya logis dan memperbaikinya,” jelas Frédéric Wrobel, guru di Institut Elektronika dan Sistem di Montpellier. Penanggulangan lain dimungkinkan, seperti redundansi sistem dan desain transistor khusus. Namun di antara penerapan teknologi pengerasan ini dan uji ketahanan, tagihannya bisa melonjak.

Distribusi spasial sumber sinar gamma kosmik dengan energi di atas 100 MeV. Distribusi mereka juga memberi petunjuk tentang asal usul radiasi partikel. Pita terang adalah Bima Sakti, dengan pusatnya di tengah. [1], Public domain, via Wikimedia Commons

Efek pada elektronik

Sinar kosmik cukup energik untuk mengubah keadaan komponen elektronik dari sirkuit terintegrasi, yang dapat menyebabkan kesalahan transien, seperti kerusakan data dalam memori akses acak serta eksekusi prosesor yang buruk, yang sering disebut kesalahan. en)” (jangan bingung dengan kesalahan perangkat lunak yang disebabkan oleh kesalahan pemrograman atau bug). Ini adalah masalah untuk elektronik pada ketinggian yang sangat tinggi, seperti satelit, tetapi dengan transistor yang semakin kecil, ini menjadi perhatian yang lebih besar. Studi oleh International Business Machines (IBM) pada 1990-an menunjukkan bahwa komputer mengalami sekitar satu kesalahan per 256 megabyte RAM per bulan karena sinar kosmik.

Untuk mengurangi masalah ini, Intel telah mengusulkan detektor sinar kosmik yang dapat diintegrasikan ke dalam mikroprosesor masa depan dengan kehalusan etsa rendah, yang memungkinkan prosesor menjalankan kembali perintah terakhir setelah sinar kosmik18. Sinar kosmik diduga menjadi penyebab insiden penerbangan tahun 2008 di mana sebuah pesawat Airbus A330 Qantas jatuh dua kali lebih dari seratus meter setelah kerusakan autopilot yang tidak dapat dijelaskan. Beberapa penumpang dan anggota awak terluka, beberapa serius.

Setelah kejadian ini, penyelidik kecelakaan menentukan bahwa sistem kontrol penerbangan menerima lonjakan data yang tidak dapat dijelaskan, dan seluruh sistem berfungsi dengan sempurna. Pembaruan perangkat lunak telah dilakukan di semua pesawat A330 dan A340 di seluruh dunia, memungkinkan puncak data ini disaring secara elektronik.

Pengerasan (elektronik)

Untuk mengatasi efek ini pada mikroelektronika, ada teknik pengerasan radiasi.

Pengerasan komponen elektronik terhadap radiasi pengion mengacu pada metode perancangan, pembuatan, dan pengujian sistem dan komponen elektronik untuk membuatnya tahan terhadap malfungsi dan degradasi yang disebabkan oleh radiasi elektromagnetik dan partikel subatom energik yang ditemui selama penerbangan luar angkasa atau di luar angkasa. seperti di lingkungan reaktor nuklir, bahkan selama operasi militer.

Sebagian besar komponen yang “dikeraskan” terhadap radiasi pengion adalah adaptasi komponen di pasaran, diproduksi menggunakan proses yang dimaksudkan untuk membatasi efek radiasi pada bahan pembuatannya. Karena kerumitan adaptasi ini, pengembangan komponen semacam itu, yang ditujukan untuk ceruk pasar, memakan waktu dan mahal. Inilah alasan mengapa komponen-komponen ini menawarkan kinerja yang seringkali jauh di belakang padanan kontemporernya di pasaran.