设计空间技术可能成本高昂、复杂且有风险。太空技术通常有一次成功或失败的机会，那就是它被发射到太空的时候。
最近感受到太空技术带来的斗争的太空冒险是SpaceX。
最近，SpaceX 报告称，它于 2022 年 2 月 3 日发射的 49 颗 Starlink 卫星中，多达 40颗卫星从低地球轨道丢失掉了。
他们宣布，这些丢失的卫星中的大多数都受到了地磁风暴的影响，该风暴是由地球磁场和来自太阳的带电粒子之间的干扰造成的。
风暴造成高大气阻力，导致一些机载系统出现故障。 40颗脱轨卫星将进入或已经进入地球大气层，以确保可持续的太空环境。
这一事件进一步强调了空间系统设计人员为卫星控制系统选择高度可靠的空间级组件的重要性。
然而，电子设备在太空中面临着各种不可预测的挑战，从极端温度到大量空间辐射。此外，如果发生故障，卫星将无法修复。
因此，始终需要具有高平均故障时间 (MTTF) 的稳健电子元件，该指标与组件的可靠性或平均寿命有关。
考虑到这一点，本文将探讨电子电路在太空中面临的一些挑战，然后深入探讨最近针对抗辐射（rad-hard）和太空工业的三项风险投资。
在设计进入“最终前沿”的电子产品时，需要考虑很多事情。
电子设备必须承受的第一个障碍是发射启动过程中产生的振动和噪音。这些突然的振动会损坏甚至短路电气设备；因此，航天级电子产品必须通过各种振动和冲击吸收测试。
另一个挑战是由于光电效应和卫星周围的低密度等离子体导致的高静电放电。电气元件必须在太空环境中承受高达 20,000 V 的放电。为防止这种情况，最好使用能抵抗电荷积聚的材料作为覆盖物。
除了这些问题，太空级电子产品还面临着巨大的热管理挑战。电子产品暴露在空间中的极端温度波动中，陶瓷封装提供了对这些高度恶劣环境中的保护。
然而，问题在于电子设备产生的散热，因为在真空中不会发生热传导。当组件暴露在高温下时，它们的预期寿命会严重降低。
当谈到太空中组件的可靠性时，最大的障碍是辐射。
在太空中，电子设备容易受到各种电离和不带电粒子的影响，例如 Alpha 和 Beta 粒子、光子、X 射线和伽马射线。
这些粒子可能会撞击电子元件并产生分类为总电离剂量 (TID) 和单事件效应 (SEE) 的不良行为。 TID 是与 MTTF 相关的长期故障。
导致 TID 的效应通常与半导体器件中的电荷积累有关。电荷积累会导致漏电流、增益下降、不希望的输入-输出特性以及更严重的永久性问题。
另一方面，SEE 是由高能粒子通过设备注入电荷引起的。这些影响会导致位翻转、内存状态变化以及许多永久性问题，如栅极氧化层损坏、闩锁等。
正如我们所观察到的，电子设备在太空中面临着许多不可预测的挑战。此外，随着现代卫星采用高速通信电路和其他机载处理单元，卫星中的仪器变得越来越复杂。因此，需要能够简化系统开发的航天级组件。
考虑到设计太空电子产品的所有这些挑战，Microchip 最近发布的一个版本希望能够继续推动新的太空级转换器的发展。
最近，Microchip 发布了一系列 50 W 混合航天级电源转换器 SA50，标准输出为 3.3 V、5 V、12 V、15 V 和 28 V，采用单输出和三输出配置。这些设备旨在简化系统推动空间应用的发展。
空间系统设计人员在电源转换器方面没有灵活性，无法将电路与非标准输入电压结合起来。因此，Microchip 灵活的转换器有助于设计人员满足特定的电压和电流需求并简化他们的系统。
总而言之，SA50 转换器符合电磁干扰 (EMI) 标准且抗辐射。这些转换器规定了 800 万小时的 MTTF 和 87% 的效率，据称这是所有混合空间级 DC-DC 转换器中最高的。
由于太空正在成为电子工业的重要组成部分，随着卫星和通信硬件的出现，需要更多的太空级组件。
最近，BAE Systems 获得了来自 Rock Island 陆军承包司令部的价值 6000 万美元的合同，与英特尔的商业代工厂 Intel Foundry Services 一起开发太空级微电子产品。
目前，商业上可用的最先进的 ASIC（专用集成电路）和其他集成电路都不是太空级的。因此，BAE Systems 的 FAST 实验室和英特尔旨在为太空应用扩展可用的电子技术。他们正在共同构建一个新的设计库，为先进的太空级微电子技术铺平道路。
除了英特尔代工服务之外，BAE Systems 还与由 Cadence Design Systems、卡内基梅隆大学、Movellus、Reliable MicroSystems 和桑迪亚国家实验室组成的团队合作。
随着如此多的公司开始参与并致力于创建太空级 IC，未来组件的势头开始增强。
BAE Systems 和英特尔并不是唯一希望进入太空电子设计领域的公司。
CAES 和莱迪思半导体最近宣布合作发布太空级莱迪思 FPGA。
开发的 Certus-NX-RT 和 CertusPro-NX-RT FPGA 紧凑且节能。它们基于 28 nm 工艺技术，并采用耐辐射、完全耗尽的绝缘体上硅 (FD-SOI) 制造工艺，具有耐温锡铅 (SnPb) 端子。
此次合作将解决对低功耗可编程空间级编程单元日益增长的需求。莱迪思半导体首席战略和营销官 Esam Elashmawi 认为，凭借莱迪思的 FPGA 技术和 CAES 的航空航天知识，他们可以加快处理空间应用的需求。
设计可持续数十年的空间系统是一项具有挑战性的任务，并且随着半导体器件和复杂性的增加，辐射硬化的任务也变得越来越复杂。
器件的特征尺寸不断缩小，使它们更容易受到辐射效应的影响。而且，性能和可靠性之间总是需要权衡取舍，这也是航天级元器件供应商正在努力克服的挑战。
然而，随着许多公司和机构涌现出各种抗辐射器件，太空级最先进电子器件的缺乏正在缓慢解决。
激光与半导体材料相互作用的热效应是激光束入射于半导体材料后发生的主要物理现象之一。激光加热使半导体材料升温，发生热扩散、热膨胀和热应变，并可能使半导体材料发生烧蚀。如果辐照半导体材料的激光能量足够强，材料表面层局部区域会发生熔融和气化，导致半导体材料将可能改变或者失去原有功能。所以研究激光辐照半导体材料的热效应是激光加工、热处理等技术和激光热破坏的物理基础。对于一些典型的激光加热问题，可建立起激光作用固体材料的热源模型，并在一定的假设和边界条件下得到温度场分布情况。解析解只适合于较简单的情况，结果也是近似的。数值分析具有非常好的灵活性和处理复杂问题的能力，对烧蚀过程的物理模型合理，往往可以得到较好的结果。本文对超短脉冲激光和长脉冲激光辐照下半导体材料及其器件的烧蚀过程进行了研究。主要内容包括： 1、从热传导方程出发，采用隐式差分法，研究了长脉冲激光辐照几种典型的半导体材料的空间—时间温度场分布，分析了入射激光功率密度、激光脉冲宽度、半导体材料厚度对半导体材料的温升的影响。 2、从双温模型出发，用有限差分法对双温方程进行数值求解，给出了超短脉冲烧蚀半导体的温度场空间分布，研究了超短激光的破坏阈值，分析了不同激光脉冲宽度对破坏阈值的影响。结果表明载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同，并分析了不同激光脉宽，不同激光功率密度对半导体表面温升的影响，发现激光功率密度是影响载流子温升的主要因素。 3、从双温方程和载流子浓度变化的速率方程出发，采用有限差分法对载流子输运动力学模型及双温方程进行了研究分析。研究了超短脉冲辐照下光导型探测器的温度空间分布和载流子空间分布，并分析了光导型探测器的温升与入射激光功率密度、辐照时间的关系。更多新闻http://ic.big-bit.com中子的发现及其应用是二十世纪最重要的科技成就之一。中子诱发核裂变的发现导致了核武器和核能源的开发。中子是研究物质结构和动力学性质的理想探针，中子散射技术已在很多基础学科中如凝聚态物理（固体和液体），化学（特别是高分子化学），生物工程，生命科学，材料科学（特别是纳米材料科学）等多学科领域的研究中被广泛采用。中子生产的人工放射性同位素、中子活化分析、中子掺杂生产半导体器件、中子辐照加工等等，已被广泛应用于医疗和工业，并产生了巨大的经济效益。
最早期使用的中子源是放射性同位素中子源，将可以自发发射α射线的元素与靶物质混合在一块，靶物质吸收一个α射线粒子即可放射出一个中子，通过这种反应产生中子，其优点是中子源非常微小，用起来比较方便，但缺点也很明显，因为这种中子源的强度达不到太高，即中子注量率非常低，同时，这种中子源通常受到寿命的限制，随着时间的推移其源强逐渐衰减，这些缺陷影响和限制了它的使用。
20世纪用于中子核物理研究的主要工具是用低能粒子加速产生的带电粒子束轰击靶，通过核反应来产生中子，它的特点是，能量单一、脉冲性能比较好，这对于精密的核物理实验非常重要。缺点是中子的注量相对较低，中子产生效率较低，不太经济。例如用400千电子伏特的氘反应来产生中子，每产生一个中子，要消耗一万兆电子伏特的能量。因此，低能加速中子源不适合于生产同位素、生产核材料。
反应堆中子源应用最为广泛。一般情况下反应堆中子源所能提供的中子注量率为1013-14/cm2.s，20世纪90年代之后，国际上已经有了高通量研究性反应堆，中子注量率可以达到1015/cm2.s，一些大型的快堆，可达5×1015/cm2.s，接近反应堆中子源受材料与热工限制的极限，已是相当强的中子源。但由于反应堆散热技术的限制，反应堆提供的中子通量很难超过当前美国的HF高通量堆达到的最高指标 3 ×10 15 n/cm2.s。
散裂中子源的出现突破了反应堆中子源中子通量的极限。当快速粒子如高能质子轰击重原子核时，一些中子被“剥离”，或被轰击出来，在核反应中被称为散裂。散裂反应和裂变反应的不同点是：它不释放那么高的能量，但它可以将一个原子核打成几块，可能是三块，也可能是四块，这个过程中会产生中子、质子、介子、中微子等产物，对开展核物理前沿课题研究和应用研究非常有用，且所产生的中子还会在相临的靶核上继续通过核反应产生中子——即核外级联。一个质子在后靶大概可以产生20到30个中子，这是散裂中子源的基本条件。
20世纪80年代起，质子加速驱动的散裂中子源，逐渐地进入实际应用阶段。其原理比较简单，用中能强流质子加速，产生1GeV左右的中能质子（束功率为兆瓦量级）轰击重元素靶（如铅、钨或者铀、钍重靶），在靶中产生散裂反应，具有高有效中子通量、无放射性核废料等特征。
散裂中子源的特点是在比较小的体积内可产生比较高的中子通量，每个中子能量沉积比反应堆低4-8倍 单位体积的中子强度比裂变堆高4-8倍 可用较低功率产生与高通量堆相当或更高的平均中子通量。要达到1×1015/cm2.s 的平均中子通量，散裂源需5兆瓦束功率，而高通量堆则需60兆瓦热功率。散裂中子源的脉冲特性是由加速所决定的，因此它的脉冲化对于中子通量并不造成损失，如果配上飞行时间技术，可以具有很高的时间分辨性能，对于开展材料和生命科学中，包括一些中子核物理，一些动态特性的研究极为关键。散裂中子源能提供的中子能谱更加宽广，它可以提供从电子伏特，到几百兆电子伏特宽广能区的中子，大大地扩展了中子科学研究的范围，拓深了中子科学研究的领域。发达国家正把建设高性能散裂中子源作为提高科技创新能力的重要措施。
展望21世纪中子科学装置的主流发展趋势，一是高通量研究性反应堆，另一是散裂中子源，高通量反应堆的源强要达到 1×1015/cm2.s，散裂中子源束功率要达到兆瓦量级。这两类中子源的特点和优势互相补充，成为材料、生物、生命、核物理等学科研究不可缺少的工具，为相关尖端技术如纳米、信息、环境、医药等的发展提供创新的平台。兆瓦级的多用途脉冲散裂中子源是当前世界上中子源发展趋势，它为21世纪前沿科学发展作出的贡献不可估量。它不但是为物理、化学、生物、材料等基础研究课题服务的中子散射的大科学平台，也可以成为为核物理、天体物理、核医学、核化学、能源工业和国防建设服务的大科学平台。
21世纪，中子作为研究物质微观结构的一个理想探针将在基础研究领域发挥重要的作用。散裂中子源与高通量研究性反应堆，也将在21世纪最有生命力、最活跃的学科，如材料科学、生命科学和一些工程技术应用领域，继续发挥它的重要作用。 在人们解出基因结构后，蛋白质与生物大分子联合体的结构与功能便成为生命科学的主要挑战之一。中子是确定蛋白结构中氢原子位置的最有力的方法，为理解蛋白功能及药物设计提供不可缺少的信息。
工程材料、金属疲劳、氢化、腐蚀、形变每年造成上万亿元的损失和无数严重事故。高通量中子能穿透一切金属体，为理解材料的这种变化的机理，以找出合格的新工程材料及新工艺有了可能。美国一飞机制造公司花上百万美元将发动机装上脉冲中子源的谱仪，在发动机运转时实时测定机件材料的疲劳过程和改进。
比铁重的重元素的合成，主要来源于中子俘获，即它吃掉一个中子放出一个光子，原子序数不变，但质量数增加一位。这个过程可以不断地进行，它还要继续吃中子，当然还要经过beta衰变。从铁开始，到锕系核，这些核素的产生都是这样形成的。要模拟这样一个过程，必须知道大量的中子俘获截面准确数据，用其他的中子源开展这方面的测量很困难，或者说不可能。因为有一些截面很小，作用几率很低。有一些核素它的同位素样品，制备起来很困难，所以样品量很小，用一般低强度的中子源无法进行实验，只能用高通量堆或散裂中子源来做实验。
中子和核子的相互作用，或者说中子和靶核的相互作用都是强相互作用。如果用质子打靶去做研究，因为有库仑位垒的关系，理论描述非常复杂，而用中子打靶去做研究，描述就非常简化。所以用中子开展这类实验，可以非常清晰地获取强相互作用的有关信息，非常有意义。
核物理学科和天体物理学科的交叉研究形成了新的学科——核天体物理学，该学科主要研究恒星元素的形成以及它的丰度分布，中子核反应有若干参数在其中起着至关重要的作用。高通量堆及兆瓦的散裂中子源能提供的源强，可以用来研究一些极其罕见的稀有的事件。以非常低的样品量来开展这方面的研究工作，有很大的实际意义，如天体物理研究用到的一些参数非常重要，要做这种参数的测量，同位素的样品的制备极为不易，样品量不可能高，如果采用强流中子科学装置，就有可能只使用纳克量级的样品量就能完成研究工作。
氚是重要的军用核材料，一台功率为5 MW的质子加速驱动的散裂中子源可以有年产60克氚的能力。一个50～100kW束功率的加速有年生产2公斤钚的能力。航天器件的空间辐照效应已经成为影响卫星寿命的主要因素之一，用加速进行空间辐照效应的模拟是唯一的地面实验方法，一个中能的质子加速可以在这方面发挥重要的作用。
美国Los Alamos 国家实验室正在运行的中等水平的散裂中子源（LANSCE）上有一个以武器中子研究（WNR）命名的实验终端。它在禁试情况下为保持核威慑力量而进行的相关研究中扮演着重要的角色。
兆瓦级级中能强流质子加速还可作为开展洁净核能源（ADS）相关的物理及技术研究的一个台阶，强流中子束有可能将核反应堆产生的长寿命放射性同位素转变为短寿命和稳定同位素，变核废料为核原料，开发新核能源。
在其他重要应用领域，如中子活化分析、中子掺杂生产半导体器件、中子辐照育种、中子探伤、中子照相、中子测井等等，广泛地服务于像国家安全、资源勘测、环境监测、农业增产等等领域都产生了不可估量的社会效应。
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