Riguardo alle radiazioni, esse hanno effetti dannosi
sia a breve che a lungo termine sui componenti elettronici. Per quanto
riguarda gli effetti a breve termine, le particelle ionizzanti che penetrano
nei cristalli di silicio rilasciano delle cariche localizzate che possono
accendere i transistori parassiti delle strutture integrate. Si hanno
in questo caso i cosiddetti SEU (Single Event Upset). Riguardo agli effetti
a lungo termine, le particelle energetiche danneggiano a poco a poco le
strutture cristalline del silicio e dell’ossido di silicio, generando
un progressivo deterioramento delle prestazioni del circuito integrato;
col passare del tempo i circuiti consumano sempre di più, sono più sensibili
ai disturbi, e finiscono per richiedere di essere spenti in quanto non
più correttamente funzionanti. In questo caso, il parametro che definisce
la resistenza di un chip alle radiazioni è la “Total Dose”, espressa in
rad(Si) e che viene dichiarata dal costruttore.
Mentre gli effetti a lungo periodo si possono parzialmente
ridurre, schermando opportunamente le parti delicate (ma con aumento di
peso, che per le strutture da mandare in orbita è un parametro fondamentale!)
nulla si può fare per i SEU, dato che ci sono particelle energetiche talmente
penetranti che nessuno schermo sarebbe in grado di bloccarle. Esistono
comunque dei circuiti “Latch-un free”, progettati opportunamente dai costruttori
per spegnere automaticamente, in caso di SEU, l’innesco degli effetti
parassiti.
Per finire, i produttori mettono a disposizione molti
loro circuiti con certificazione spaziale o militare (ne esistono di diverse:
MIL-883, QMLV, …) le quali prevedono una serie di controlli sugli impianti
di produzione, sui singoli pezzi prodotti e severi test a campione, onde
certificare l’affidabilità del componente. Anche gli intervalli di temperatura
a cui possono lavorare i chip sono importanti, andando solitamente dagli
0°_+40° di quelli commerciali ai -50°_+125° dei militari. Nel momento
in cui si progetta un’elettronica destinata allo spazio, si dovranno dunque
scegliere i componenti più adatti, in base a tutto quanto detto in precedenza.
Molto dipende dal budget dedicato al progetto ed alla sua “criticità”,
in quanto il committente può anche decidere di non utilizzare componenti
spaziali (molto più costosi) per risparmiare o perché si giudica un fallimento
parziale o totale della missione non troppo critico (per es. alcuni esperimenti
secondari ospitati a bordo dello Shuttle hanno usato talvolta componenti
con certificazione semplicemente industriale anziché militare, in considerazione
del fatto che le missioni durano solo 2 settimane, che sono svolte dentro
la cabina schermante della navetta e che è possibile riportare a terra
le schede in caso di guasto).
Oltre che all’orbita scelta, fondamentale è sapere la
durata prevista della missione ed il periodo di svolgimento: a ciascuna
orbita è infatti associata una dose media al secondo ( rad(Si)/s ), per
cui il livello di Total Dose da ricercare dipenderà da quanto tempo si
pensa che il circuito dovrà funzionare nello spazio. Inoltre le cose possono
cambiare se si andrà in orbita in un periodo di massimo o di minimo dell’attività
solare.
A livello indicativo, posso dirti che in orbita bassa
(sui 400 km. di quota) il livello di radiazione è dell’ordine di 50 mrad(Si)/s
nello spazio vuoto, ma naturalmente una scheda all’interno di una scatola
metallica sarebbe soggetta a dosi minori, mentre i dati di resistenza
dei chip, oltre che la loro disponibilità nelle versioni certificate,
si possono trovare nei datasheets distribuiti nei siti dei produttori.
A titolo d’esempio, i circuiti commerciali si danneggiano con poche decine
o centinaia di rad, mentre quelli “rad-hard” possono resistere sopra i
300 Krad o addirittura 1Mrad di “total dose”. Naturalmente un’attenta
valutazione su costo, peso e affidabilità andrà discussa col committente
del progetto, prima di operare le scelte definitive.