CN104142628A - 空间辐射环境可靠性指标的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间辐射环境可靠性指标的设计方法，尤其涉及一种通过设计航天器的空间辐射环境效应失效率以实现提高航天器可靠性的设计方法；包括利用总剂量效应失效率计算模块对航天器的总剂量效应失效率进行计算；利用位移损伤效应失效率计算模块对航天器的位移损伤效应失效率进行计算；利用单粒子效应失效率计算模块对航天器的单粒子效应失效率进行计算；将计算出的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到航天器的空间辐射环境效应失效率。采用本发明的设计方法，有助于进行航天器电子系统的可靠性分析和优化设计的指导，进一步降低航天工程的设计和实施成本。

Description

空间辐射环境可靠性指标的设计方法

技术领域

本发明涉及一种空间辐射环境可靠性指标的设计方法，尤其涉及一种通过设计航天器的空间辐射环境效应失效率以实现提高航天器可靠性的设计方法。

背景技术

目前，航天器内的电子系统及其所用器件在外太空运行时，长期受空间辐射环境的影响，这会引起航天器内，特别是航天器内一些对辐射敏感的器件电参数发生变化，严重的甚至会因辐射而发生故障。因此，如何在航天器初始设计及制造时就避免这种情况出现，是领域内急需解决的；最多的做法是引入失效率计算和判断的手段；通过地面模拟空间辐射环境而计算出航天器的可靠性指标失效率作为其空间辐射环境可靠性的指标，用以判断航天器在空间运行时的可靠性；然而，目前航天器的可靠性指标失效率均是以单个本征失效特征参数来进行表示，还没出现将传统的可靠性指标失效率相互联系起来，系统的建立可靠性管理体系并能从总体上反映航天器的空间辐射环境可靠性的航天器空间辐射环境失效率；因此无法做到准确可观的判断航天器可靠性，更使得航天器的可靠性分析和优化设计得不到更好地提高，从而从客观上制约了航天器的设计和生产水平。

因此，针对以上不足，本发明急需提供一种新的空间辐射环境可靠性指标的设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间辐射环境可靠性指标的设计方法，该设计方法通过设计航天器的空间辐射环境效应失效率用以实现客观、准确的判断航天器在空间辐射环境下可靠性的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种空间辐射环境可靠性指标的设计方法，包括以下步骤：

S1、利用总剂量效应失效率计算模块对航天器的总剂量效应失效率进行计算；

S2、利用位移损伤效应失效率计算模块对航天器的位移损伤效应失效率进行计算；

S3、利用单粒子效应失效率计算模块对航天器的单粒子效应失效率进行计算；

S4、将计算出的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到航天器的空间辐射环境效应失效率。

进一步地，所述空间辐射环境效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型：

λ_SRE=λ_TID+λ_DD+λ_SEE

式中：λ_SRE为空间辐射环境效应失效率；

λ_TID为总剂量效应失效率预计值；

λ_DD为位移损伤效应失效率预计值；

λ_SEE为单粒子效应失效率预计值。

设定所述航天器的总剂量效应失效率与航天器的非计划中断软、硬失效率的比值不大于

进一步地，所述单粒子效应失效率计算模块分别对航天器的非破坏性单粒子效应失效率以及破坏性单粒子效应失效率进行计算。

进一步地，还包括对于载荷的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

S101、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{soft}}}{n}$

式中:λ_{LOAD-SEE-non-destructive}为载荷的非破坏性单粒子效应失效率；

λ_SAT-soft为航天器非计划中断软失效率；

n为航天器中载荷的个数。

S102、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的总剂量效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{TID}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}{n}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{\mathrm{MTB}{F}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}$

式中:λ_LOAD-TID为载荷的总剂量效应失效率；

λ_SAT-LHF为航天器的长期硬失效率；

MTBF_SAT-LHF为航天器的长期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

S103、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的位移损伤效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{DD}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}{n}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}$

式中:λ_LOAD-DD为载荷的位移损伤效应失效率；

λ_SAT-LHF为航天器的长期硬失效率；

MTBF_SAT-LHF为航天器的长期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

S104、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{SHF}}}$

式中:λ_{LOAD-SEE-destructive}为载荷的破坏性单粒子效应失效率；

MTBF_SAT-SHF为航天器的短期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

S105、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的载荷的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到载荷的空间辐射环境效应失效率。

进一步地，还包括对于功能单元的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

S201、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}}{m}$

式中:λ_{uni-SEE-non-destructive}为功能单元的非破坏性单粒子效应失效率；

λ_{LOAD-SEE-non-destructive}为载荷的非破坏性单粒子效应失效率；

m为载荷中功能单元的个数。

S202、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的总剂量效应失效率：

λ_uni-TID=λ_LOAD-TID

式中:λ_uni-TID为功能单元的总剂量效应失效率；

λ_LOAD-TID为载荷的总剂量效应失效率。

S203、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的位移损伤效应失效率：

λ_uni-DD=λ_LOAD-DD

式中:λ_uni-DD为功能单元的位移损伤效应失效率；

λ_LOAD-DD为载荷的位移损伤效应失效率；

n为航天器中功能单元的个数。

S204、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SHF}}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{Z\×{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{EOL}}}$

式中:λ_{uni-SEE-destructive}为功能单元的破坏性单粒子效应失效率；

λ_uni-SHF为功能单元的短期硬失效率

MTBF_SAT-SHF为航天器在任务终结时的平均无故障指标值；

z为功能单元MTBF与系统的终点寿命的比值。

S205、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的功能单元的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到功能单元的空间辐射环境效应失效率。

进一步地，还包括对于敏感器件的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

S301、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}}{K}$

式中:λ_{dev-SEE-non-destructive}为敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率；

λ_{uni-SEE-non-destructive}为功能单元的非破坏性单粒子效应失效率；

k为功能单元中敏感器件的个数。

S302、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的总剂量效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{TID}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{TID}}}{K}$

式中:λ_dev-TID为敏感器件的总剂量效应失效率；

λ_uni-TID为功能单元的总剂量效应失效率；

k为功能单元中敏感器件的个数。

S303、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的位移损伤效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{DD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{DD}}}{K}$

式中:λ_dev-DD为敏感器件的位移损伤效应失效率；

λ_uni-DD为功能单元的位移损伤效应失效率；

k为功能单元中敏感器件的个数。

S304、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}}{K}$

式中:λ_{dev-SEE-destructive}为敏感器件的破坏性单粒子效应失效率；

λ_{uni-SEE-destructive}为功能单元的破坏性单粒子效应失效率;

k为功能单元中敏感器件的个数。

S305、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的敏感器件的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到敏感器件的空间辐射环境效应失效率。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

采用本发明的设计方法，通过对检测得到的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率及位移损伤效应失效率进行空间辐射环境效应失效率计算，从而获得航天器的载荷、功能单元以及敏感器件的空间辐射环境效应失效率；并依此判断航天器在空间辐射环境下的可靠性；真正控制空间辐射环境效应对航天器造成的失效风险，有助于进行航天器电子系统的可靠性分析和优化设计的指导，并且在设计阶段有效的控制空间辐射环境效应，可以减少后期设计修所造成的成本浪费；进一步降低航天工程的设计和实施成本。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明中计算航天器的空间辐射环境效应失效率的步骤图（框图）；

图2是本发明中计算载荷的空间辐射环境效应失效率的步骤图（框图）；

图3是本发明中计算功能单元的空间辐射环境效应失效率的步骤图（框图）；

图4是本发明中计算敏感器件的空间辐射环境效应失效率的步骤图（框图）。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的一种空间辐射环境可靠性指标的设计方法，包括以下步骤：

1、利用总剂量效应失效率计算模块对航天器的总剂量效应失效率进行计算；

2、利用位移损伤效应失效率计算模块对航天器的位移损伤效应失效率进行计算；

3、利用单粒子效应失效率计算模块对航天器的单粒子效应失效率进行计算；

4、将计算出的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到航天器的空间辐射环境效应失效率。

本实施例中所述航天器由多种载荷构成；每个载荷又分为多个功能单元，而每个功能单元又包括多个敏感器件，因此相对应的航天器的空间辐射环境效应失效率主要包括载荷、功能单元以及敏感器件的空间辐射环境效应失效率；所述载荷、功能单元以及敏感器件的空间辐射环境效应失效率是评价航天器在空间辐射环境下的可靠性和依据该可靠性指导航天器设计的重要指标，如要最精确的评价航天器在空间辐射环境下的可靠性，则需要精算航天器内的敏感器件的空间辐射环境效应失效率，因为敏感器件是所有构成航天器的器件中最直接最容易产生空间辐射效应的器件。上述中所述的航天器的空间辐射环境效应失效率就是航天器的空间辐射环境可靠性指标；而用于判断航天器可靠性的航天器的空间辐射环境可靠性指标包括载荷、功能单元以及敏感器件的空间辐射环境效应失效率这三种。

本实施例中所述的总剂量效应失效率计算模块、位移损伤效应失效率计算模块、单粒子效应失效率计算模块及空间辐射环境效应失效率计算模块均可采用具运算能力的单片机、笔记本电脑或台式电脑均可。

本实施例中所述空间辐射环境效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型：

λ_SRE=λ_TID+λ_DD+λ_SEE

式中：λ_SRE为空间辐射环境效应失效率，单位：h^-1；

λ_TID为总剂量效应失效率预计值，单位：h^-1；

λ_DD为位移损伤效应失效率预计值，单位：h^-1；

λ_SEE为单粒子效应失效率预计值，单位：h^-1。

设定所述航天器的总剂量效应失效率与航天器的非计划中断软、硬失效率的比值不大于

本实施例中所述单粒子效应失效率计算模块分别对航天器在空间辐射环境下的由非破坏性单粒子引起的非破坏性单粒子效应失效率以及由破坏性单粒子引起的破坏性单粒子效应失效率进行计算。所述的单粒子效应失效率为非破坏性单粒子效应失效率与破坏性单粒子效应失效率之和。

本实施例中所述的航天器非计划中断软、硬失效率是根据预设计的航天器的运行轨道、规格等参数结合空间辐射模拟试验得到的，是已知的定值；用于表示航天器在空间中运行时所可能发生软失效或硬失效的概率，该航天器非计划中断软、硬失效率是航天器在设计时所要考虑的重要安全性指标；所谓硬失效又分为长期硬失效和短期硬失效，造成航天器长期硬失效的原因主要是正常损耗、电离辐射积累、空间辐射环境随机效应和空间辐射环境瞬时效应，造成航天器长期硬失效的原因主要是空间辐射环境随机效应和空间辐射环境瞬时效应；

其中，航天器的总剂量效应和位移损伤效应主要导致航天器非计划中断长期硬失效，航天器的破坏性单粒子效应主要导致非计划中断长期硬失效和短期硬失效，影响航天器的可用性和连续性；航天器的非破坏性单粒子效应主要导致航天器的非计划中断软失效，影响航天器的完好性。

需要指出的是，以上对于计算航天器的非破坏性单粒子效应失效率、总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和破坏性单粒子效应失效率的前后顺序没有要求，也就是说步骤1、2、3和4以任何顺序排列均可。

参见图2所示，本实施例中还包括对于载荷的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

101、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{soft}}}{n}$

式中:λ_{LOAD-SEE-non-destructive}为载荷的非破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

λ_SAT-soft为航天器非计划中断软失效率，单位：h^-1；

n为航天器中载荷的个数。

单粒子效应失效率计算模块将预设的航天器非计划中断软失效率代入以上数学公式进行计算，并最终得到载荷的非破坏性单粒子效应失效率。

102、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的总剂量效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{TID}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}{n}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{\mathrm{MTB}{F}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}$

式中:λ_LOAD-TID为载荷的总剂量效应失效率，单位：h^-1；

λ_SAT-LHF为航天器的长期硬失效率，单位：h^-1；

MTBF_SAT-LHF为航天器的长期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

总剂量效应失效率计算模块将预设的航天器的长期硬失效率及航天器的长期硬失效平均无故障指标值代入以上数学公式进行计算，并最终得到载荷的总剂量效应失效率。

103、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的位移损伤效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{DD}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}{n}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}$

式中:λ_LOAD-DD为载荷的位移损伤效应失效率，单位：h^-1；

λ_SAT-LHF为航天器的长期硬失效率，单位：h^-1；

MTBF_SAT-LHF为航天器的长期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

由此可见，载荷的总剂量效应失效率与载荷的位移损伤效应失效率两者数值相同。

104、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{SHF}}}$

式中:λ_{LOAD-SEE-destructive}为载荷的破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

MTBF_SAT-SHF为航天器的短期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

单粒子效应失效率计算模块将预设的航天器的短期硬失效平均无故障指标值代入以上数学公式进行计算，并最终得到载荷的总剂量效应失效率。

105、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的载荷的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行求和计算，并得到载荷的空间辐射环境效应失效率。该载荷的空间辐射环境效应失效率可用于判断航天器的可靠性，并以此指导并修正航天器的设计，提高航天器的可靠性，为其安全运行提供了有力保障。

需要指出的是，以上对于计算航天器载荷的非破坏性单粒子效应失效率、总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和破坏性单粒子效应失效率的前后顺序没有要求，也就是说步骤101、102、103和104以任何顺序排列均可。

参见图3所示，本实施例中在计算出载荷的空间辐射环境效应失效率的基础上进一步对载荷所包括的功能单元进行空间辐射环境效应失效率计算；

还包括对于功能单元的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

201、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}}{m}$

式中:λ_{uni-SEE-non-destructive}为功能单元的非破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

λ_{LOAD-SEE-non-destructive}为已算知的载荷的非破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

m为载荷中功能单元的个数。

单粒子效应失效率计算模块将计算出的载荷的非破坏性单粒子效应失效率代入以上数学公式进行计算，并最终得到功能单元的非破坏性单粒子效应失效率。

202、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的总剂量效应失效率：

λ_uni-TID=λ_LOAD-TID

式中:λ_uni-TID为功能单元的总剂量效应失效率，单位：h^-1；

λ_LOAD-TID为已算知的载荷的总剂量效应失效率，单位：h^-1。

由此可见，功能单元的总剂量效应失效率与载荷的总剂量效应失效率两者数值相同。

203、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的位移损伤效应失效率：

λ_uni-DD=λ_LOAD-DD

式中:λ_uni-DD为功能单元的位移损伤效应失效率，单位：h^-1；

λ_LOAD-DD为已算知的载荷的位移损伤效应失效率，单位：h^-1；

n为航天器中功能单元的个数。

由此可见，功能单元的位移损伤效应失效率与功能单元的位移损伤效应失效率两者数值相同。

204、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SHF}}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{Z\×{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{EOL}}}$

式中:λ_{uni-SEE-destructive}为功能单元的破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

λ_uni-SHF为功能单元的短期硬失效率

MTBF_SAT-SHF为航天器在任务终结时的平均无故障指标值；

z为功能单元MTBF与系统的终点寿命的比值

单粒子效应失效率计算模块将预设的功能单元的短期硬失效率及航天器在任务终结时的平均无故障指标值代入以上数学公式进行计算，并最终得到功能单元的破坏性单粒子效应失效率。

205、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的功能单元的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行求和计算，并得到功能单元的空间辐射环境效应失效率。该功能单元的空间辐射环境效应失效率可用于判断航天器中各功能单元的可靠性；从而从整体上进一步精确地反映航天器的可靠性，并以此指导并修正航天器的设计，提高航天器的可靠性，为其安全运行提供了有力保障。

需要指出的是，以上对于计算航天器功能单元的非破坏性单粒子效应失效率、总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和破坏性单粒子效应失效率的前后顺序没有要求，也就是说步骤201、202、203和204以任何顺序排列均可。

参见图4所示，本实施例中在计算出功能单元的空间辐射环境效应失效率的基础上进一步对功能单元所包括的敏感器件进行空间辐射环境效应失效率计算；

还包括对于敏感器件的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

301、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}}{K}$

式中:λ_{dev-SEE-non-destructive}为敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

λ_{uni-SEE-non-destructive}为已算知的功能单元的非破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

k为功能单元中敏感器件的个数。

单粒子效应失效率计算模块将计算出的功能单元的非破坏性单粒子效应失效率代入以上数学公式进行计算，并最终得到敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率。

302、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的总剂量效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{TID}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{TID}}}{K}$

式中:λ_dev-TID为敏感器件的总剂量效应失效率，单位：h^-1；

λ_uni-TID为已算知的功能单元的总剂量效应失效率，单位：h^-1；

k为功能单元中敏感器件的个数。

总剂量效应失效率计算模块将计算出的功能单元的总剂量效应失效率代入以上数学公式进行计算，并最终得到敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率。

303、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的位移损伤效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{DD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{DD}}}{K}$

式中:λ_dev-DD为敏感器件的位移损伤效应失效率，单位：h^-1；

λ_uni-DD为已算知的功能单元的位移损伤效应失效率，单位：h^-1；

k为功能单元中敏感器件的个数。

位移损伤效应失效率计算模块将计算出的功能单元的位移损伤效应失效率代入以上数学公式进行计算，并最终得到敏感器件的位移损伤效应失效率。

304、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}}{K}$

式中:λ_{dev-SEE-destructive}为敏感器件的破坏性单粒子效应失效率，单位：h^-1；

λ_{uni-SEE-destructive}为已算知的功能单元的破坏性单粒子效应失效率;

k为功能单元中敏感器件的个数。

单粒子效应失效率计算模块将计算出的功能单元的破坏性单粒子效应失效率代入以上数学公式进行计算，并最终得到敏感器件的破坏性单粒子效应失效率。

305、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的敏感器件的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行求和计算，并得到敏感器件的空间辐射环境效应失效率。该敏感器件的空间辐射环境效应失效率可用于判断航天器中各敏感器件的可靠性；从而从整体上更进一步精确地反映航天器的可靠性，并以此指导并修正航天器的设计，提高航天器的可靠性，为其安全运行提供了有力保障。

需要指出的是，以上对于计算航天器敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率、总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和破坏性单粒子效应失效率的前后顺序没有要求，也就是说步骤301、302、303和304以任何顺序排列均可。

采用本发明的设计方法，通过对检测得到的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率及位移损伤效应失效率进行空间辐射环境效应失效率计算，从而获得航天器的载荷、功能单元以及敏感器件的空间辐射环境效应失效率；并依此判断航天器在空间辐射环境下的可靠性；真正控制空间辐射环境效应对航天器造成的失效风险，有助于进行航天器电子系统的可靠性分析和优化设计的指导，并且在设计阶段有效的控制空间辐射环境效应，可以减少后期设计修所造成的成本浪费；进一步降低航天工程的设计和实施成本。

Claims (6)

1.一种空间辐射环境可靠性指标的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、利用总剂量效应失效率计算模块对航天器的总剂量效应失效率进行计算；

S2、利用位移损伤效应失效率计算模块对航天器的位移损伤效应失效率进行计算；

S3、利用单粒子效应失效率计算模块对航天器的单粒子效应失效率进行计算；

S4、将计算出的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率和单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到航天器的空间辐射环境效应失效率。

2.根据权利要求1所述的空间辐射环境可靠性指标的设计方法，其特征在于：所述空间辐射环境效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型：

λ_SRE=λ_TID+λ_DD+λ_SEE

式中：λ_SRE为空间辐射环境效应失效率；

λ_TID为总剂量效应失效率预计值；

λ_DD为位移损伤效应失效率预计值；

λ_SEE为单粒子效应失效率预计值。

设定所述航天器的总剂量效应失效率与航天器的非计划中断软、硬失效率的比值不大于

3.根据权利要求2所述的空间辐射环境可靠性指标的设计方法，其特征在于：所述单粒子效应失效率计算模块分别对航天器的非破坏性单粒子效应失效率以及破坏性单粒子效应失效率进行计算。

4.根据权利要求3所述的空间辐射环境可靠性指标的设计方法，其特征在于：还包括对于载荷的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

S101、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{soft}}}{n}$

式中:λ_{LOAD-SEE-non-destructive}为载荷的非破坏性单粒子效应失效率；

λ_SAT-soft为航天器非计划中断软失效率；

n为航天器中载荷的个数。

S102、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的总剂量效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{TID}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}{n}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{\mathrm{MTB}{F}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}$

式中:λ_LOAD-TID为载荷的总剂量效应失效率；

λ_SAT-LHF为航天器的长期硬失效率；

MTBF_SAT-LHF为航天器的长期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

S103、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的位移损伤效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{DD}}=\frac{1}{10}\×\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}{n}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{LHF}}}$

式中:λ_LOAD-DD为载荷的位移损伤效应失效率；

λ_SAT-LHF为航天器的长期硬失效率；

MTBF_SAT-LHF为航天器的长期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

S104、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器载荷的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{n}\×\frac{1}{{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{SHF}}}$

式中:λ_{LOAD-SEE-destructive}为载荷的破坏性单粒子效应失效率；

MTBF_SAT-SHF为航天器的短期硬失效平均无故障指标值；

n为航天器中载荷的个数。

S105、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的载荷的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到载荷的空间辐射环境效应失效率。

5.根据权利要求4所述的空间辐射环境可靠性指标的设计方法，其特征在于：

还包括对于功能单元的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

S201、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LOAD}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}}{m}$

式中:λ_{uni-SEE-non-destructive}为功能单元的非破坏性单粒子效应失效率；

λ_{LOAD-SEE-non-destructive}为载荷的非破坏性单粒子效应失效率；

m为载荷中功能单元的个数。

S202、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的总剂量效应失效率：

λ_uni-TID=λ_LOAD-TID

式中:λ_uni-TID为功能单元的总剂量效应失效率；

λ_LOAD-TID为载荷的总剂量效应失效率。

S203、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的位移损伤效应失效率：

λ_uni-DD=λ_LOAD-DD

式中:λ_uni-DD为功能单元的位移损伤效应失效率；

λ_LOAD-DD为载荷的位移损伤效应失效率；

n为航天器中功能单元的个数。

S204、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器功能单元的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{1}{10}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SHF}}=\frac{1}{10}\×\frac{1}{Z\×{\mathrm{MTBF}}_{\mathrm{SAT}-\mathrm{EOL}}}$

式中:λ_{uni-SEE-destructive}为功能单元的破坏性单粒子效应失效率；

λ_uni-SHF为功能单元的短期硬失效率

MTBF_SAT-SHF为航天器在任务终结时的平均无故障指标值；

z为功能单元MTBF与系统的终点寿命的比值。

S205、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的功能单元的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到功能单元的空间辐射环境效应失效率。

6.根据权利要求5所述的空间辐射环境可靠性指标的设计方法，其特征在于：

还包括对于敏感器件的空间辐射环境效应失效率计算，具体包括如下步骤：

S301、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{non}-\mathrm{destructive}}}{K}$

式中:λ_{dev-SEE-non-destructive}为敏感器件的非破坏性单粒子效应失效率；

λ_{uni-SEE-non-destructive}为功能单元的非破坏性单粒子效应失效率；

k为功能单元中敏感器件的个数。

S302、所述总剂量效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的总剂量效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{TID}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{TID}}}{K}$

式中:λ_dev-TID为敏感器件的总剂量效应失效率；

λ_uni-TID为功能单元的总剂量效应失效率；

k为功能单元中敏感器件的个数。

S303、所述位移损伤效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的位移损伤效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{DD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{DD}}}{K}$

式中:λ_dev-DD为敏感器件的位移损伤效应失效率；

λ_uni-DD为功能单元的位移损伤效应失效率；

k为功能单元中敏感器件的个数。

S304、所述单粒子效应失效率计算模块内设置有基于以下数学公式建立的数学计算模型，用于计算航天器敏感器件的破坏性单粒子效应失效率：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{dev}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{uni}-\mathrm{SEE}-\mathrm{destructive}}}{K}$

式中:λ_{dev-SEE-destructive}为敏感器件的破坏性单粒子效应失效率；

λ_{uni-SEE-destructive}为功能单元的破坏性单粒子效应失效率;

k为功能单元中敏感器件的个数。

S305、所述空间辐射环境效应失效率计算模块将计算出的敏感器件的总剂量效应失效率、位移损伤效应失效率、非破坏性单粒子效应失效率及破坏性单粒子效应失效率输入空间辐射环境效应失效率计算模块进行计算，并得到敏感器件的空间辐射环境效应失效率。