Efeitos da radiação cósmica. câmeras imageadoras. Opto Eletrônica S.A. Departamento P&D. Leandro A. L. Azeka, Msc Outubro/2009

Transcrição

1 II Workshop sobre Efeitos das Radiações Ionizantes em Componentes s Eletrônicos e Fotônicos de Uso Aeroespacial Efeitos da radiação cósmica câmeras imageadoras Opto Eletrônica S.A. Departamento P&D Leandro A. L. Azeka, Msc Outubro/2009

2 Agenda Introdução Opto; Áreas de Atuação; Divisão Aeroespacial; Efeitos da radiação espacial: Objetivos; Efeitos Analisados; Metodologias; Soluções de projetos; Conclusão. 2

3 Localizada em São Carlos (230 km São Paulo SP) 3

4 Introdução - Opto fundada por pesquisadores e técnicos do Instituto de Física de São Carlos USP; 450+ colaboradores - 15% P&D - especialistas (graduados, mestres e doutores) ; 10 patentes nacionais e internacionais; Principais produtos com certificações FDA (EUA) e CE (Comunidade Européia); Rede de vendas e distribuição global; Líder na América Latina em equipamentos oftalmológicos. 4

5 Áreas de Atuação Oftalmologia 5

6 Áreas de Atuação Óptica e Filmes finos 6

7 Áreas de Atuação Laser Industrial Medidores de distância a laser 7

8 Divisão Aeroespacial - militar 8

9 Divisão Aeroespacial Satélites Imageadores: MUX (MUX FREE) WFI AWFI Desafios: Térmica Vibração (Estrutural) Confiabilidade Radiação 9

10 CBERS 3&4 Câmeras Imageadoras PMM Missão CBERS 3&4 CBERS 3&4 CBERS 3&4 CBERS 3&4 PMM Câmeras PAN (China) MUX (Brasil) IRS (China) WFI (Brasil) AWFI (Brasil) Resolução 5 m 10m 20 m 40 m 80 m 73 m 40 m Bandas PAN, G, R, NIR B, G, R, NIR NIR, MIR, TIR B, G, R, NIR B, G, R, NIR Faixa imageada 60 km, visada lateral (32 o ) 120 km 120 km 890 km 780 km 10

11 Wide Field Imager - WFI CBERS 3&4 Consórcio WFI Equatorial Sistemas e Opto Eletrônica SA 11

12 Multispectral Imager - MUX CBERS 3&4 Espelho de entrada e coifa Mecanismo de ajuste foco Sensor CCD com 4 linhas, filtros espectrais embutidos (6000 pixels de 13µm cada linha) 115kg 12

13 MUX FREE Mesma Especificação MUX INPE RBN-HDS-0014/03 Novo plano focal ; Nova óptica anesférica; Eletrônica ITAR FREE : Comp. americano sem restrição ITAR Comp. semelhantes fabricado por empresas não americanas 13

14 Amazon Wide Field Imager - AWFI PMM Resolução 40 m Ground Swath 780 km INPE Multi Mission Platform (PMM) INPE AWFI. 14

15 Sala Limpa Montagem e Testes Classes , e

16 Efeitos da Radiação Espacial - Objetivos Atender ao requisito de tempo de vida Exposição à radiação espacial (LEO): 3 anos MUX/WFI (~2,7 krad (Si) 4,5 mm Al) 4 anos AWFI (~4,5 krad (Si) - 4,5 mm Al) Fonte: CBERS/INPE 16

17 Efeitos Analisados Efeitos Acumulativos: Dose Total de Ionização (TID) Danos de Deslocamento (NIEL) Single Event Effects (SEE): Single Event Latchup (SEL) Single Event Upset (SEU) Single Event Transient (SET)... Máxima Radiância Requisito Começo da missão Final da missão Análise radiométrica impacto dos efeitos da radiação (óptico, CCD) no final da missão (relação sinal ruído) SNR (db) 50,3 49,7 > 47 51,1 > 49 50,7 50,8 50,7 > 49 > 49 51,0 50,9 17 B05 B06 B07 B08

18 TID - Metodologia Dados de testes de radiação Pior caso de blindagem Estimativa da dose tolerada RH Estimativa da dose esperada TID Margem de projeto m=rh/tid Sim m>? Não Componente atende os requisitos Componente crítico (mitigação) 18

19 Danos Deslocamento (NIEL) - Metodologia LEDs (Sistema de Calibração Interna) Acopladores ópticos Espectro prótons Sensor CCD Perda energia blindagem (Stopping Power) Fluência equivalente (p/cm 2 ) Variação dos parâmetros de interesse 19

20 Principais Bancos de Dados Fabricantes (Datasheet/ Relatórios de Ensaios) NASA-GSFC radiation effects database ( NASA-JPL radiation effects database ( DTRA ERRIC radiation effects database ( ESA radiation effects database ( Literaturas: The Radiation Design Handbook, ESA PSS Issue 1 ECSS-E-ST-10-12C - Methods for the calculation of radiation received and its effects, and a policy for design margins 20

21 Soluções de projeto Soluções de projeto: Seleção componentes rad-hard: Dados de radiação; Disponibilidade; Restrições comerciais (upscreening); Design Circuitos Robustos: Variação parâmetros; SEEs (transientes, upsets); FMEA/FMECA; Uso de blindagem (TID/TNID) 21

22 Soluções de projeto - Ensaios de Radiação Centro de Tecnologia das Radiações do Instituto de Pesquisas Nucleares (CTR/IPEN) Fonte de radiação gama de Co 60 (Gammacell 220) Gammacell 220 Atenuadores Amostras 22

23 LEDs do SCI-Resultados dos Ensaios Sistema de Calibração Interna (SCI): LEDs comerciais; TID Encapsulamento de epoxy Dose esperada 2,2 krad(si) TNID Elemento semicondutor 23

24 Ensaios de Radiação - Sistema Óptico Lentes sistema óptico: Formação de bandas de absorção no espectro visível => perda de transmitância do sistema Degradação da relação sinal/ruído (SNR) 24

25 Conclusão Projetos envolvendo componentes Rad-Hard: Restrições Comerciais: Disponibilidade, prazo, leis; Base de dados: Programas espaciais, literatura; Ensaio componentes comerciais; Design de circuitos integrados; 25

26 Agradecimentos Visite-nos (16)