Méthodologie d'évaluation de la fiabilité d'équipements électroniques de lanceur spatial en environnement radiatif

Methodology for evaluating the reliability of electronic space launcher equipment in radiation environments

• Auteur / Autrice : Ismaël Colin
• Direction : Frédéric Wrobel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Inscription en doctorat le 01/05/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IES - Institut d'Electronique et des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : RADIAtions et Composants (RADIAC)

Mots clés

Mots clés libres

Effets des Radiations

Fiabilité des systèmes embarqués

Durcissement

Méthodes de test

Test methods

Radiation hardening

Embedded systems reliability

Radiation effects

Résumé

Safran Data Systems est une filiale de Safran Electronics & Defense – groupe Safran – dont une partie des activités concerne les systèmes de télémesure, en particulier dans le domaine du transport spatial. Ainsi Safran Data Systems fournit le sous-système télémesure du lanceur Ariane depuis plus de trente ans. A l'occasion du programme Ariane 6, SDS a innové en mettant en œuvre une méthode dite « Système » pour caractériser à l'environnement radiatif naturel certains sous-ensembles électroniques des unités d'acquisition de télémesure. Cette méthode consiste à placer l'ensemble des fonctions électroniques dans un faisceau unique homogène de particules (ions lourds ou protons) et à caractériser le comportement fonctionnel de cet ensemble grâce à un banc de test permettant de détecter tous les effets induits par le faisceau : dégradation des performances, temporaire ou définitive, défaut de certaines fonctions, … Néanmoins, cette méthode ne permet pas d'identifier l'origine des défaillances observées, puisque la caractérisation effectuée considère le système comme une « boîte noire » et les éléments ayant subi une interaction avec une particule ne sont pas immédiatement identifiables. Elle est en outre applicable uniquement au cas d'emploi mis en œuvre. Donc, en cas de modifications du système, notamment au sein de composants numériques complexes comme des composants programmables, contributeurs majeurs à ces défaillances, il est difficile de prédire l'écart de comportement du système soumis aux radiations. SDS souhaite avoir une méthode permettant de cibler les parties sensibles du système afin de concevoir et évaluer rapidement des solutions de contournement permettant de rendre un produit à base de composants COTS tolérant aux radiations naturelles à moindre coût. La réalisation de tests sous faisceau laser permettrait de mieux comprendre les mécanismes utilisés au cœur même du silicium ainsi que les effets des particules pour une mise en œuvre au cœur d'un système.   L'objectif de ce travail de thèse est de reproduire et de comprendre les défaillances observées lorsque le système est irradié aux protons et ions lourds. Pour cela, certains composants de l'équipement, en particulier les FPGA, seront irradiés séparément à l'aide d'un faisceau laser en différents endroits et à différentes énergies. Cela permettra d'identifier les zones sensibles et les modes de dysfonctionnement possibles et d'observer directement l'impact sur la fonctionnalité du système. Les différentes signatures d'évènement seront corrélées avec celles observées lors des essais sous ions lourds. Des modifications seront appliquées dans la conception de l'application embarquée sur FPGA, afin de mieux comprendre ses mécanismes internes sous l'effet des radiations et observer la relation entre l'énergie d'un faisceau laser et ses effets au sein d'un système. On pourra par ce biais vérifier l'apport réel dans un cas d'emploi système des différentes techniques de durcissement FPGA. Il s'agira notamment d'optimiser la méthode classique de durcissement par redondance modulaire triple (TMR) afin de répondre aux contraintes de ressources et de performances du système. La thèse a ainsi pour objectif de répondre à deux problématiques : D'abord, il s'agit de montrer que la caractérisation par laser permet de compléter les résultats fonctionnels obtenus par la méthode « Système », en fournissant une compréhension du mécanisme qui engendre certains événements observés lors des essais sous faisceau de particules. Ensuite, il s'agit grâce aux résultats ainsi obtenus et aux valeurs de sections efficaces pour ces événements déjà obtenues par ailleurs, d'améliorer nos connaissances concernant la relation entre énergie laser et LET (Linear Energy Transfer).

Methodology for evaluating the reliability of electronic space launcher equipment in a radiative environment