Väitös: Piensatelliitit herkkiä säteilylle – muistivirhe voi lamauttaa satelliittijärjestelmän

Pienten satelliittien suosio on tuonut tullessaan luotettavuusongelmia: pienet komponentit ovat herkkiä säteilyvaurioille.

Satelliittiteknologia
Havainnekuvaa satelliitista
Aalto-yliopiston opiskelijoiden toteuttama Aalto-2 on ensimmäinen Suomessa rakennettu satelliitti avaruudessa.Aalto University / YouTube

Maisteri Alexandre Bosser keskittyy tuoreessa fysiikan väitöskirjassaan satelliittien muistien säteilynkestoon ja toimintakykyyn. Satelliitin luotettavuus pohjautuu häiriöttömään tiedontallentamiseen. Tämän vuoksi satelliittien toimintakyky on riippuvainen muistien säteilynkestosta.

Viime vuosina avaruusjärjestöt, yritykset sekä yliopistot ovat kiinnostuneet erityisesti pienten satelliittien käyttämisestä muun muassa telekommunikaatio- ja kaukokartoitusjärjestelmissä. Satelliittien hintoja on pystytty laskemaan ja suoristuskykyä parantamaan, kun niissä pystytään käyttämään entistä enemmän kaupallisia elektroniikkakomponentteja.

Pieni koko lisää virheitä

Nanosatelliitit painavat vain muutamaan kilon, joiten niiden komponenttien on oltava pieniä. Teknologinen kehitys on jatkuvasti pienentänyt muistikomponenttien osien kokoa. Tämä parantaa muistiyksikön suorituskykyä ja säästää energiaa. Pienentyneet osat ovat kuitenkin herkempiä säteilyn vaikutuksille.

Kun energeettinen hiukkanen osuu muistiin, se voi laukaista useita erilaisia virhetoimintoja, joiden vaikutus järjestelmän toimintaan vaihtelee. Pahimmillaan laajamittainen muistivirhe voi johtaa kokonaisen satelliittijärjestelmän menetykseen.

Muistipiireissä jokaisella on säteilyn kannalta omat vahvuudet ja heikkoudet.

Alexandre Bosser

Säteily voi vaikuttaa muistikomponenteissa monin eri tavoin. Muistipiirit ovat monimutkaisia laitteita ja sisältävät useita alijärjestelmiä, kuten muistisoluja ja osoitedekoodereita.

– Jokainen alijärjestelmä reagoi säteilyyn omalla tavallaan ja tämä voi johtaa erilaisiin virhetoimintoihin koko muistipiirissä. Erityyppisissä muistipiireissä jokaisella on säteilyn kannalta omat vahvuudet ja heikkoudet, Bosser toteaa.

Tutkimustiedolla valitaan parhaat

Tutkimalla säteilyn aiheuttamia häiriötiloja sekä muisteissa vaikuttavia fyysisiä mekanismeja voidaan komponenttivalmistajia auttaa parantamaan tulevaisuuden komponenttien luotettavuutta. Tutkimus auttaa järjestelmäsuunnittelijoita valitsemaan nykyisistä komponenteista soveltuvimmat omiin tarpeisiinsa.

– Tutkimusalue kasvaa piensatelliitteihin kohdistuvan kiinnostuksen myötä. Jos kriittinen data vääristyy, satelliitti voi menettää toimintakykynsä. Tutkimus on siis ensisijaisen tärkeää onnistuneen satelliittiprojektin saavuttamiseksi, Bosser huomauttaa.

Alexandre Bosser valmistui maisteriksi vuonna 2013 Montpellierin yliopistosta Ranskassa. Vuosina 2013–2017 hän on tehnyt tohtorinopintoja soveltavassa ydinfysiikassa. Hänen fysiikan väitöskirjansa tarkastetaan Jyväskylän yliopistossa 20. joulukuuta.