自2017年9月6日以来，
太阳上已经出现4次强大的闪光 ，其中之一被赋予X9.3的分数，这使其成为过去12年中最强大的闪光。 普尔科沃天文台的首席研究员乔治·贡恰洛夫（Georgy Goncharov）
建议 ：“如果您今天，明天，后天有机会，不要飞行飞机，不要在潜艇中航行，不要开车，则应该使用它。” 太阳X射线天文学实验室首席科学官谢尔盖·博加切夫（Sergei Bogachev）
反对他：“ ...这是胡说。事实是，耀斑的硬辐射在地球大气层中被完全抑制了。空气实际上不允许X射线辐射，并且不允许辐射到达的高度是由太阳爆发引起的-大约30公里...乘飞机飞行并不危险，但是潜艇航行甚至更多...历史上有一些报道，关于断电的案例，我无法判断是真的 “当然，所有这些都会影响无线通信，卫星通信以及使用地球电离层反射的通信，因为电离层的特性会在太阳耀斑期间发生变化。”
也许没有危险，或者至少这种危险被大大夸大了？ 让我们看一下涉及单个核粒子（VLF）的事物-中子和质子以及带有电荷的化学元素原子的原子核。 我希望我的文章能消除一些人的疑虑和其他人的偏执狂。
考虑两个与航空旅行有关的类似情况：
1）Aeroflot公司的波音777飞机于2017年5月1日从莫斯科飞往曼谷，当时正接近Suvannapum机场，处于严重动荡的地区。 结果，有27名乘客受伤，其中包括儿童
[1] 。
2）2008年，从新加坡飞往澳大利亚珀斯的澳航客机突然开始急剧下降，并在23秒内“坠落”了210米。 大约三分之一的乘客受到如此严重的伤害，以至于机长决定偏离最近的机场的航线。
[2]图1从莫斯科到曼谷以及从新加坡到珀斯的最短路线这些情况有很多共同点：
-飞机的乘客受伤，开始晃动或急剧下降；
-两种情况都发生在赤道附近。
但是，这些事件的解释根本不同。 在第一种情况下，其原因被称为所谓的
“晴空湍流”（TNW） ，在第二种情况下，是单个粒子（可能是中子）对车载计算机的影响，从而影响了自动驾驶仪。 这两种现象都已经解决了很多年，并且车载电子设备的电子元件基座通过了昂贵的测试。
“如果某物看起来像鸭子，像鸭子一样游泳，而像鸭子一样嘎嘎叫，那可能就是鸭子。” 如果这些效果以相同的方式表现出来，并且单个核粒子进入尺寸仅为10 mm X 10 mm的微型（或纳米）电子设备的敏感区域的可能性
“极小” ，则可以使用Occam的剃刀并解释发生的更多情况”俗世的“原因？
背景知识
即使在经验丰富的太空无线电电子设备（REA）开发人员中，也可以听到：“我们的设备自1960年代就开始飞行-我们不知道您的TZZ（重电荷粒子），而且一切都很好。 现在你是！ -想出了。”
人们相对早就了解到了空间，尤其是太阳活动影响电子设备这一事实。 早在1859年9月，文献中
发生了一个称为太阳超级风暴或卡灵顿事件的事件，以纪念观察天体物质抛射（CME）的英国天文学家。 他们说，不仅在北部，而且在与加勒比海相对应的纬度，全世界都观察到了北极光。 在落基山脉上方，明亮的北极光唤醒了淘金者，他们开始做早餐，以为是早晨。 太轻了，晚上可以看报纸
[3] 。 现在很难为这一事件提供确切的数值特征，但是，据文献估计，它们表明，1989年的下一个重大事件（太阳超级风暴）是太空时代开始以来最大的事件，其
Dst指数的
强度下降了3倍。但是，例如，美国马萨诸塞州塞勒姆
1号的一台变压器变成这样就足够了：
图2 1989年太阳风暴后的变压器与上个世纪一样，在1989年，北美和极光地区的电网都发生了大规模故障，直至墨西哥和大开曼岛。 全世界的高频无线电通信故障，当然还有航天器运行中断
[4] 。
人类在导致太空天气异常的自然原因中增加了人工因素：自1958年以来，美国在200-500公里（功率-1千克）高度进行了3次高空核爆炸。 1962年7月9日，作为“
海星总理”计划的一部分，美国人在太平洋约翰斯顿环礁上方400公里处引爆了一颗1.45百万吨的原子弹。 在夏威夷（距离爆炸地点1500公里），大约300盏路灯，电视，收音机和其他电子设备出现故障。 可以观察到超过7分钟的天空发光。 1962年10月，在Novaya Zemlya地区，苏联已经炸毁了2个高空核装置
[5] 。 结果，包括美国1962年11月24日在内的低轨道卫星2中的三分之一，即第一枚商业电信卫星“ Telstar 1”（Telstar 1），在美国高空核爆炸发生的第二天发射入轨道。
图3：现年78岁的AT＆T股东Louise Bucker女士于1961年9月在AT＆T的贝尔实验室检查了完整的Telstar通信卫星模型。Telstar1将因一年零两个月内的高空核爆炸而失效（ 资料来源图片 ）。请注意，
这些事件的
打击因素不是单个核粒子（VLF），而是电磁脉冲和电离辐射的累积剂量 。 臭名昭著的VLB在哪里？
VLF（中子和带电粒子：质子和原子核）来自太空或由于两个主要方向上的核反应而在大气中形成-来自太阳（SCR，太阳宇宙射线）和来自太阳系外部（GCR，银河宇宙射线） 。 轻元素（质子，α粒子）很多，重粒子很少（请参阅
故障概率部分 ）。
关于太阳风与地球辐射带和甚低频天线（与半导体的敏感区域）相互作用的描述将占用太多空间（我想立即向
“阅读内容”部分发送更多信息），因此，我将自己局限于一般性考虑。 具有能量
E的带电粒子落入半导体区域，将其能量用于电离，即 电子-空穴对的形成，在电场的作用下，它们不会“塌陷”（不复合），但在空间上是分开的。 电子和空穴具有不同的迁移率
[6] ，因此在半导体的有源区中会形成多余的电荷。 产生的电流脉冲可以改变存储元件的状态-在这种情况下，是指SEU（单事件翻转）类型的故障。 电离效率的特征是线性能量转移LET（线性能量转移LET），以MeV * cm2 / mg表示：LET =
其中ro是硅的密度。
1975年，当Hughes Aircraft Company
3的Binder等人的文章发表时，VLF出现了
[7] 。 本文分析了实验结果并证实了单个颗粒对存储元素的影响。
1979年，他们发现了一个完全意外的东西，而不是在太空中，而是在地球上：在Intel 2107 16 KB DRAM的内存中，发生了无法理解的alpha粒子故障。 这些微粒从哪里来？ 事实证明，在案例材料中，α颗粒的来源是铀和or的杂质（约几ppm的数量），这些杂质是在1970年代在科罗拉多州格林河上建造的新工厂生产的：河床附近有一个老铀矿
[8] ！ 英特尔的TC May和MH Woods文章描述了这种效果
[9]，被引用了430多次
4 。
当然，我想看看航天器的电子设备是否在迷路，并且可以检查所谓的“
南大西洋磁异常”（SAA） 5区域中有很多粒子的地方。 并使用分别于1981年，1984年和1990年发射的英国卫星UoSAT-1，-2
[11]和-3
[12]进行了此类研究。 在安装的设备上，尤其是Harris和Hitachi的存储芯片：HM-6564，HM-6564、6264-LP，6116-L。 所有关键信息均由Hamming（12，8）
[11]辩护。 在图。 图4显示了对UoSAT-2上安装的电子组件进行故障分析的结果。 在苏联方面有几次失败，在巴西失败了。
图4. 1988年安装在UoSAT-2上的电子设备的故障分析结果[11]这是两年后出现的同一UoSAT-2的结果：
图5截至1990年UoSAT-2电子设备故障的分析结果[12]可以清楚地看到，从1988年到1990年，发生了一些事情-发生了什么事，因此，失败的数量急剧增加（包括AAA地区）。 您可能会猜到这是1989年的超级风暴。
概率评估
当然，不断记录卫星故障，尤其是在太阳耀斑期间。 超级风暴是一种非常令人不愉快但罕见的现象。 在UAA区域，您可以尝试不飞或很少飞。 让我们评估发生“事件”的概率，即 站在航天器上方或下方辐射带上方的微电路中的微电路中，VLF发生软（可恢复）故障或拒绝。
如上所述，质子，α粒子和重核来自太阳（SCR）和太阳系外部（GCR）。 我们恒星的活动是周期性的：在太阳最大值时，最大数量的粒子到达我们，而最小数量—最小。 同时，最大的太阳活动减少了外部流量（以GCR的形式出现）。 图 图6说明了太阳活动的周期：
图6太阳的循环活动质子的能量密度（每cm
2的质子积分通量）在日光最大值处增大，而在日光最小值处减小。
哪些颗粒飞行更多-轻或重？ 高还是低能量？ 回忆线性能量转移的定义（LET，见上文）。 结果表明，对于给定的离子，此数量不是恒定的，而是其能量的非线性函数：存在最大的相关性（“布拉格峰”），并且离子越重，其最大LET值就越高。 在这种情况下，离子越快（其能量越高），LET越低，因此在设备敏感区域分配的电荷越少，发生故障的可能性就越小。 事实证明，该设备最危险的事情不是增加离子能量，而是相反降低与LET最大值相对应的能量。 例如，从金属化层进入集成电路时，离子会失去能量，而其LET却会增长，这意味着它会更快地失去能量-获得了一种正反馈机制。
如果离子“飞入”集成电路的能量太小，则离子根本不会到达有源区（到达晶体管），而会卡在金属化层中。 如果“入口”的能量足够大，则离子将“刺穿”集成电路，实际上不会在其中发射电荷。 但是，如果能量足够高，离子就有可能击落硅原子或重的物质（例如钨），并且产生的反冲核只能到达活性区域并导致故障或故障。 从对质子效应的抵抗力的观点来看，这种机制尤其重要，其中有很多通常是高能的：质子的固有最大质子LET小于1 MeV * cm
2 / mg，此类粒子仅对于非常小的设计规范（小于65 nm）才是危险的，但是由于传入质子的高能量，在其途中会形成整个次级粒子级联，其中许多粒子将具有相当高的LET
6值。
类似的情况通常以
EAS的形式在大气中发生
-覆盖整个地球表面几公里
2的 大量空气淋浴 。 图7示意性地示出了该过程的发展。 “仅”中子，电子，正电子和介子到达地球表面，这不会损害“旧的”微电路（具有较大的设计标准），但是现在它们可以完全导致智能手机中的现代内存或微处理器发生故障（如果有足够的能量飞过船体）
[13] 。
图7主要宇宙粒子的降雨LET对能量的依赖性在图5中进行了说明。 8。
图8 LET对能量的依赖性（根据[14]）至于宇宙射线的组成，主要是具有低LET值的粒子，并且在LET对应于铁的区域（约30 MeV * cm
2 / mg）中，通量急剧下降（图9和10）。
图9积分粒子通量对LET的依赖性（根据[15]）
图10宇宙射线中重元素原子核的存在（根据[16]）从以上数字很难理解是多还是少。 CNES的Robert Ecoffet提供以下估计。 为了使LET 30 MeV * cm
2 / mg的粒子飞过1 cm
2 ，大约需要30年，60 MeV * cm
2 / mg-大约300年，100 MeV * cm
2 / mg-大约300万年
[ 17]） 。
这是否意味着在开发现代电子元器件基础
7的技术规范中指定的冗余和“偏执”要求？
神话还是神话？
不，不是。 这就是为什么：
1）Ekoffe给出的时间与粒子检测有关。 空间中有很多这样的“探测器”：它们都是安装在车载设备中的集成电路（试图求和它们的面积）。
2）如上所述，故障不仅可以从主要粒子发生，而且还可以从次要粒子发生，其LET对于失败和失败都是足够的。
毫无疑问，太空中存在一个具有足够能量的粒子。 因此，1991年10月15日，在宇宙射线探测器的帮助下，在犹他州的达格威试验场，“蝇眼”（蝇眼宇宙射线探测器）发现了一个超高能粒子-3x10
8 TeV
8 。 该粒子被称为
“哦，我的上帝”粒子 （“哦，我的上帝！”粒子），自那时以来，至少记录了15次此类事件。
可以通过不断观察到的航天器故障来确认上述情况，例如可以在
此站点上找到 。
至于地球表面，在自然辐射背景下，有足够多的粒子可能会导致失败（尽管不会失败）：现代VLSI使用内置抗噪编码的内部存储器，不仅是为了纠正由于技术原因而发生的错误，而且对于由VLF引起的招架失败，无论它们来自何处（来自周围的背景，案件或其他来源）都无关紧要。 对于超级计算机来说，这是一个真正的问题
[18] 。 另外，许多作者认为甚低频（主要是阿尔法粒子）是无人驾驶汽车因灾难而无法正确识别交通标志或行人的灾难的来源
[19] 。
可能只剩下两个问题：
1）如何将VLF的故障与其他原因导致的故障区分开？
2）随着微电子和纳米电子学的进一步发展，超低频滤波器会出什么问题：它是好是坏？
对于第一个问题并没有一个普遍的答案：对故障原因的分析通常包括考虑以下情况，例如是否存在太阳耀斑，体内α粒子的来源，在轨辐射条件，抗静电放电等。 在大约30％-45％的案件中做出“ SNF失败”的判决
[20] 。
第二个问题的答案如下。 一方面，设计标准的降低导致多重故障数量的增加，即 故障越来越严重。 另一方面，在处理硬件级别和微芯片级别的故障方面已经获得了丰富的经验，因此开发人员已为这种恶化做好了准备。
结论
通常情况下，两位专家都是正确的，在本文开头给出了这些词：明显的矛盾是由于讨论了与太阳耀斑有关的各个方面。实际上，来自太空的X射线辐射不会到达地球表面。但是，由空间粒子产生的甚低频会首先对飞机构成真正的威胁，其次，它们会产生以中子，电子和介子形式到达地球表面的EAS，这可能导致现代VLSI发生故障。此外，卡林顿事件类型的强烈太阳耀斑甚至会损坏电网。较弱的事件会导致明显的影响，而这些已不是传奇的长期事件：2003年10月29日-由于变压器过热，美国和南非的紧急事件，马尔默（瑞典）停电；2005年9月-北美许多地区断开连接，GPS卫星导航的准确性急剧下降...此外，自然界不断带来惊喜，而“哦，我的上帝”粒子的例子迫使我们跟随莎士比亚的《哈姆雷特》惊呼：“世界上有很多人，朋友霍拉肖，我们的智者们梦！以求！”致谢
作者感谢G.A. Protopopov-OJSC“ ORKK”分支机构部门负责人-“ NII KP”，提供材料帮助。读什么？
1)
Advanced Forecast For Ensuring Communications Through Space — .
2)
, by
amartology3)
by
BarsMonster4) . , . , . .
.
注意事项
1 ,
.
2 Telstar 1 , 21 1963 .
3还记得马丁·斯科塞斯（Martin Scorsese）和莱昂纳多·迪卡普里奥（Leonardo DiCaprio）共同主演的电影《飞行员》，讲述霍华德·休斯的故事吗？4据Web of Science报道。5通过比较水星任务水星-阿特拉斯7号（该装置于1962年3月24日发射）期间测量的质子通量与水星任务8的任务（该装置于1962年10月3日发射）的数据，证实了AAA作为低非极性轨道电离辐射的主要来源的作用。 ，在加勒比海危机爆发前2周）[10]。6 Si和Al的最大值约为15 MeV * cm 2 / mg，因此对于硅集成电路而言，LET小于15 MeV * cm 2 / mg的所有离子都不会失败，这是一个巨大的成功，这意味着质子很可能会失败或失败可以忽略不计（同样，如果我们不处理过小的设计标准，将在后面讨论）。7例如，当暴露于LET至少为60 MeV * cm 2 / mg的颗粒时，晶闸管效应不会发生灾难性故障。8好像探测器记录到以142克重的棒球以93.6 km / h的速度飞行。文学作品
[1] RIA“新闻”[2] 大卫·索尔兹伯里（David Salisbury）的“来自外太空的外来粒子正在对个人电子设备造成低级破坏”[3] 您应该听说过卡灵顿事件[4] 活跃区域AR：SOLAR-CYCLE-22的5395[5] V.S. 佩尔申科夫。美俄在电子系统抗辐射领域的合作历史。NIISI RAS的论文集。第7卷，第2期，第114-117页。2017（印刷版）[6] Messenger，GC；“从离子轨道收集结上的电荷”，IEEE核科学学报，第29卷，第6期，出版年：1982年，第：2024-2031年。[7] D. Binder等人，“来自银河宇宙射线的卫星异常”，IEEE Trans。核仁 科学，卷 22号 6页。2675-2680，十二月 1975年。[8] JF Ziegler，HW Curtis，HP Muhlfeld，CJ Montrose等人，IBM在计算机电子学中的软件失败实验（1978-1994）。IBM 1. RES。开发。卷 40号 1996年1月1日。[9] TC May和MH Woods，“动态内存中由Alpha粒子引起的软错误”，IEEE Trans。电子开发卷。26号 1页。1979年2月9日[10]罗伯特·里士满（Robert G. Richmond）。双子座程序的辐射剂量。美国宇航局技术说明，1972年。[11]杰夫·沃德（Jeff W Ward）。在UOSAT-2卫星上观察一次事件的存储器。第二届犹他州过时大学AIAA小卫星会议，犹他州洛根。1988年8月21日。[12] C Underwood，E Daly，R Harboe-Sorensen，“观测和分析UOSAT-2卫星上的单事件不安现象”，ESA空间环境研讨会论文集，ESTEC，1990年10月。[13] A. Akkerman，J。Barak和Nir M. Yitzhak，“质子，μ子和电子的弹性散射在诱发单事件扰动中的作用”，IEEE Trans。在核素上 科学，2017。[14] J. Barth，“空间辐射环境建模”，1997年IEEE核与空间辐射影响会议短期课程的注释。[15]亨利·加勒特。航天器环境相互作用。2011 IEEE NSREC短期课程。[16] PR Meyer，R。Ramaty和R. Webber，“宇宙射线-具有高能粒子的天文学”，在《今日物理学》中。卷 1974年10月。[17]罗伯特·埃科菲特（Robert Ecoffet），第二届RADECS“ LET研讨会”，UCL，B，25年1月25日。[18] Marc Snir等人，“解决Exascale计算中的故障”，由计算科学研究所于2012年8月4日至11日在犹他州帕克城举办的研讨会报告。[19] Paolo Rech. How to Deal with Radiation: Evaluation and Mitigation
of GPUs Soft-Errors. GPU Technology Conference. April 6th 2015 – San José, CA.
[20] 2015 Short Course NSREC, Section IV