Технология “ДОРА”

Для решения задачи создания аппаратуры для нового поколения аэрокосмических систем, отличительной чертой которых является длительный срок активного существования (15-17 лет) и установка аппаратуры вне герметизированных отсеков КА, была создана технология разработки и изготовления долговечной, отказоустойчивой и радиационностойкой аппаратуры специального применения ("ДОРА").

При ее создании был использован 35-летний опыт НИИ “АРГОН” по разработке бортовых вычислительных средств аэрокосмического назначения, передовые технологии и средства проектирования современных БИС и радиоэлектронных приборов НТЦ “МОДУЛЬ”, аттестованное производство “РУБИКОН”, базирующееся на оригинальной отечественной технологии и материалах, сертификационный центр и испытательная база РКК “ЭНЕРГИЯ”.

В основе технологии “ДОРА” лежит надежностно-ориентированное проектирование с применением унифицированной базовой несущей конструкции, сертифицированной высоконадежной элементной базы, единых схемотехнических и системотехнических решений, системы бездефектного проектирования и испытаний, отработанных методов и средств контроля качества изготовления.

Используя опыт создания аппаратуры специального применения наряду с традиционными методами обеспечения их высокой надежности, в технологии “ДОРА” доработаны элементы, направленные на обеспечение долговечности и стойкости к воздействию факторов космического пространства. К числу этих элементов относятся:

  • отбор и сертификация комплектующих;
  • применение отказоустойчивых структур;
  • многоступенчатая система испытаний;
  • применение конструкций с усиленной защитой от внешних воздействий;
  • контроль качества проектирования и производства.

Выпускаемые серийно ЭРИ как отечественные, так и зарубежные не всегда сопровождаются документами, допускающими их применения в заданных условиях эксплуатации. Отсутствие эксплуатационных характеристик потребовало проведения дополнительных мероприятий :

  • создание индивидуальных ограничительных перечней и спецификаций, учитывающих конкретные условия эксплуатации;
  • теоретические и экспериментальные исследования ЭРИ с целью задания норм облегченных электрических и тепловых режимов;
  • проведение испытаний для прогнозирования показателей надежности и долговечности с использованием в качестве факторов ускорения гамма-облучения и повышенной температуры;
  • проведение отбраковочных испытаний по специальным методикам, включающим измерения изменений электрических параметров ЭРИ.

Длительный срок активного существования, ионизирующие излучения космического пространства потребовали сочетать различные способы обеспечения устойчивости к сбоям и отказам:

  • аппаратное резервирование на уровне составных частей изделия с гибким алгоритмом изменения конфигурации;
  • параллельное выполнение вычислительных процессов с взаимной синхронизацией, проверкой и восстановлением как входных данных, так и выдаваемых результатов;
  • корректирующие коды для исправления искажений в памяти от радиационно стимулированных сбоев;
  • двойной просчет и использование дубликата информационного ядра.

Подтверждение длительного срока службы, ресурcа и безотказности требует применения специальных методик в том числе ускоренных испытаний. Технология “ДОРА” предусматривает многоступенчатую систему испытаний (автономных и комплексных, исследовательских и отработочных) составных частей и прибора в целом, напраленных на:

  • выявление слабых мест, являющихся потенциальными источниками отказов;
  • определение запасов по величине внешних воздействий (механических, климатических, электрических и пр.);
  • выявление динамики старения с применением в качестве ускоряющего фактора радиационного облучения.

Ужесточение требований к условиям эксплуатации для приборов нового поколения, устанавливаемых как внутри герметизированных отсеков и контейнеров КА, так и на открытых космических платформах и внешней поверхности КА потребовало усиления индивидуальной защиты приборов от воздействия внешних факторов. Длительные сроки активного существования усугубили влияние этих факторов и потребовали создания облегченных условий эксплуатации ЭРИ в том числе:

  • ослабление радиационных воздействий космического пространства;
  • эффективное снижение тепловых нагрузок на ЭРИ;
  • уменьшение воздействий климатических и механических факторов;
  • снижение влияния на ЭРИ воздействий электромагнитных излучений.

В основе базовой несущей конструкции БНК-96 заложен ряд новых конструкторско-технологических решений, главными из которых являются:

  • применение тонкой (0,7мм) платы, выполненной рельефным фрезерованием (РПП), для поверхностного монтажа низкопрофильных ЭРИ;
  • теплоотвод от ЭРИ на композицию из алюминиевого сердечника и приклеенной к нему плате;
  • использование малогабаритных соединителей нажимного типа;
  • пакетная компоновка изделия;
  • использование рамки ячейки как элемент оболочки (бескорпусная компоновка).

Конструкторско-технологические решения принятые при разработке БНК-96 позволили реализовать принцип “защитного сжатия” (“съеживания”), когда за счет повышения плотности компоновки ЭРИ увеличивается толщина оболочки при сохранении площади внешней поверхности и массы прибора.

Разработанная БНК-96 обеспечивает защиту от радиационного излучения не менее 3г/см2 и перегрев корпуса ЭРИ относительно температуры посадочного места не более 5°С.

Конструкторско-технологические решения, принятые при разработке БНК-96, позволили значительно снизить влияние факторов космического пространства на ЭРИ и элементы межсоединений. Приборы, построенные на основе БНК-96, приобрели новое качество без ухудшения их массогабаритных характеристик, технологичности и стоимости изготовления.

С увеличением срока службы возрастает вероятность проявления скрытых дефектов на этапе эксплуатации. В технологии “ДОРА” предусмотрен наряду с традиционными методами организации контроля ряд обязательных мер, направленных на выявление скрытых дефектов на стадиях проектирования и производства.

Основой этих мер являются граничные испытания, позволяющие определить критические технологические операции и их критические параметры. Учитывая, что при изготовлении высоконадежной аппаратуры преобладающее значение приобретает контроль технологического процесса, а не изделия, система контроля качества включает в себя:

  • на этапе проектирования - проведение граничных испытаний лабораторного образца проектируемого изделия для определения запасов устойчивой работы и правильности функционирования;
  • на этапе подготовки производства - создание перечня критических операций и контрольных параметров технологического процесса, разработка методики и определение периодичности их проведения;
  • на этапе изготовления – 100% контроль всех операций технологического процесса и периодический контроль критичных операций.

В рамках осуществления программы МКС РКК "Энергия" поставила в 1999 г. в США 100 экземпляров аппаратуры, изготовленной по новой технологии "ДОРА".

Поставленная в США аппаратура для обслуживания МКС имеет надежную защиту от радиации и перегрева, абсолютно герметична и рассчитана на 15-летний срок непрерывной эксплуатации. С октября 1998 г. аппаратура проходит летные испытания в составе российского сегмента МКС - служебного модуля "Заря".

Уникальность российского "ноу-хау" состоит в том, что для изготовления аппаратуры используются только отечественные материалы и обычные, а не специальные микросхемы. Платы фрезеруются на станках с ЧПУ. В результате, созданная с использованием технологии "ДОРА" аппаратура помимо прочих преимуществ в несколько сот раз дешевле американской техники аналогичного назначения. Кроме того, оригинальная конструкция разъемов позволяет двухслойной российской плате выполнять те же функции, что и восьмислойной американской. Американские специалисты выразили восхищение российской технологией, позволившей в спецаппаратуре нового поколения аэрокосмических систем использовать обычные микросхемы.

Российская технология "ДОРА" удостоена золотой медали в Брюсселе на Всемирном салоне изобретений, научных исследований и промышленных инноваций "Эврика-99".