Полет Europa Clipper за $5 млрд под угрозой из-за уязвимости транзисторов

Недавно обнаруженные недостатки в электронных схемах на борту космического аппарата NASA Europa Clipper могут поставить под угрозу запуск и долговечность миссии стоимостью 5 миллиардов долларов, направленной на изучение ледяного спутника Юпитера и его подледного океана. Пока зонд готовится к октябрьскому запуску с Космического центра Кеннеди во Флориде, специальная команда инженеров NASA рассматривает проблему, отчет по которой ожидается позже в этом месяце.

Проблема связана с партией элементов схемы, называемых металлооксидными полевыми транзисторами (MOSFET), которые не соответствуют установленным стандартам радиационной стойкости для миссии. Эти транзисторы служат усилителями или переключателями, включая и выключая питание частей космического аппарата. Подобно всем электронным компонентам, они могут быть повреждены высокоэнергетическими радиационными частицами. Europa Clipper, пролетая мимо Европы около 50 раз за время своей работы, будет неоднократно подвергаться воздействию радиационной среды Юпитера, одной из самых суровых, с которыми сталкивались миссии NASA.

Инженеры Лаборатории реактивного движения NASA (JPL), ведущей разработку Clipper, о бнаружили проблему в мае после общения с коллегами на конференции по секретному спутнику. Им сообщили, что партия радиационно-стойких MOSFET, разработанных компанией Infineon Technologies, значительно уступает по уровню производительности.

NASA проинформировало об этом своих специалистов и недавно уведомило независимую планетарную научную панель агентства. Было отмечено, что некоторые MOSFET выходят из строя при более низких уровнях радиации, чем ожидалось, что создает риск несоответствия требованиям миссии.

Воздействие радиации всегда было центральной проблемой при исследовании Юпитера и его спутников. Магнитное поле Юпитера в 20 000 раз сильнее земного, создавая поток заряженных частиц. Первоначально миссия Europa Clipper была задумана как орбитальная, но впоследствии была изменена на серию пролётов, чтобы минимизировать время пребывания в самой жёсткой радиационной среде, что уже использовалось в миссии Juno.

Несколько лет назад Infineon изменила процесс производства своих радиационно-стойких MOSFET, разработанных по военным стандартам США, которые также использовались командой Clipper. После этого изменения выяснилось, что несколько партий транзисторов не соответствуют ожидаемым уровням радиационной стойкости. Ошибка уже исправлена, но Infineon не сообщила об этом NASA, так как не знала, для чего будут использоваться транзисторы.

Заменить транзисторы невозможно, поскольку электронный отсек Clipper был запечатан в октябре 2023 года. Если не будет выявлено, что дефектные MOSFET приведут к катастрофическому сбою, агентство, вероятно, продолжит подготовку к запуску, хотя резервные окна доступны в течение следующих двух лет.

Инженеры NASA, совместно с Infineon, сейчас изучают количество дефектных транзисторов на борту Clipper, их расположение и возможные последствия отказов. Рассматриваются способы смягчения проблемы, такие как отключение определённых переключателей на части срока службы аппарата или восстановление транзисторов путем повышения температуры.

Полный масштаб проблемы и риск для миссии станут известны в ближайшие недели, пока продолжаются испытания в JPL, Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса и Центре космических полетов имени Годдарда. На данный момент ситуация может быть описана просто: «Переключатель не сработает, когда это потребуется».