- حصلت شركة BAE Systems على تمويل بقيمة 16 مليون دولار لتطوير تقنية الشرائح الدقيقة المقاومة للإشعاع.
- تم تصميم شريحة RH45 لمواجهة تحديات الإشعاع الشديد في بيئات الفضاء.
- تعمل التقنية المتخصصة على تعزيز مقاومة الشرائح للشحنات المجهرية، بما يضمن نجاح المهمات.
- ستدمج BAE التقنية في الجيل القادم من الحواسيب لتلبية متطلبات الفضاء.
حصلت شركة BAE Systems على تمويل دفاعي بقيمة 16 مليون دولار لتطوير شرائح دقيقة مخصصة للعمل في الفضاء. وسيُستخدم هذا التمويل لاستعراض وتحقق تقنيتها لأشباه الموصلات RH45 المقاومة للإشعاع بحجم 45 نانومتر (nm). وتتسم بيئة الفضاء بالقسوة، إذ تفتقر إلى الحماية التي توفرها الغلاف الجوي للأرض، ويمكن للبيئة المشبعة بالإشعاع أن تدمر المكونات الإلكترونية الدقيقة القياسية في غضون ثوانٍ. ولمنع «انصهار» أدمغة الأقمار الصناعية في المدار، تسعى الحكومة الأمريكية إلى تصميم شرائح متينة. وتكمن المهمة الجوهرية التي يقف خلف هذا التمويل البالغ 16 مليون دولار في التحقق من شريحة RH45 الخاصة بشركة BAE، وإتاحة كتالوج آمن من الأجهزة المصنّعة محليًا لاستخدامه في البناء الدفاعي.
وعليه، فإن هذا يمثل انتصارًا كبيرًا لقطاع التصنيع المحلي.
هشاشة الشرائح الدقيقة التجارية
لماذا تتعطل شرائح السيليكون في المدار؟ تعد الشرائح الدقيقة التجارية سريعة وصغيرة ورخيصة، لكنها بالغة الهشاشة. ففي أعماق الفضاء، يمكن لبروتون واحد عالي الطاقة أن يقلب البتات، أو يُفسد الشفرة البرمجية، أو يُتلف المعالج بشكل دائم. وقد وقعت في الماضي حوادث متعددة ناجمة عن الإشعاع، وهو أحد الأسباب الرئيسية لاختلال الأقمار الصناعية وفشل المهمات. فعلى سبيل المثال، مهمة Phobos-Grunt الروسية الطموحة (2011)، التي هدفت إلى جمع عينات من تربة قمر المريخ فوبوس، تعرضت للتوقف في المدار الأرضي بعد وقت قصير من إطلاقها. وكان من بين أسباب الفشل أن أيونات ثقيلة من الإشعاع الفضائي اصطدمت بشرائح دقيقة تجارية جاهزة (COTS) غير مُعزَّزة، مما أدى إلى تلف ذاكرة الحاسوب وتسبب في إعادة تشغيل قاتلة للنظام.
واليوم، لا تزال الشرائح التجارية تتقلص في الحجم، وهو ما يرفع بشكل كبير من حساسيتها للشحنات المجهرية. لذلك، تستخدم وكالات الفضاء والمتعاقدون الدفاعيون تقنيات تصنيع متخصصة مثل المقاوم للإشعاع (Rad-Hard) أو السيليكون على العازل (SOI) لعزل الشرائح وتبديد الشحنات غير المرغوب فيها. وقد صُممت هذه التقنيات بأساليب عزل وتصميم متخصصة تتيح لها تحمل صدمات الكون والاستمرار في إجراء العمليات الحسابية. وتعد هذه التقنية ضرورية، إذ بدونها ستفشل المهمات الفضائية الحديثة.
عودة تقنيات التصنيع إلى الداخل
يعتمد المشروع الممول حديثًا على منشأة تصنيع GlobalFoundries الكائنة في مالطا (Malta) بولاية نيويورك، باستخدام تقنية 45nm SOI. ومن خلال إعادة التصنيع إلى داخل الولايات المتحدة، تُقلل الشركة من اعتمادها على سلاسل التوريد الخارجية المعقدة في الأجهزة الدفاعية الحساسة. وحتى تستوفي الشرائح الدقيقة متطلبات الحماية من الإشعاع، يعمل متجر RH45 بمثابة متجر رقمي متقدم للأجهزة. ويمكن لوكالات الفضاء والمتعاقدين الدفاعيين اختيار مكونات مقاومة للإشعاع تم اختبارها مسبقًا، وتجميع دوائر متكاملة مخصصة لتطبيقات محددة (ASIC) بما يلبي احتياجاتهم الدقيقة.
وهذا يمنح المهندسين حرية الإبداع دون الحاجة إلى إعادة اختراع العجلة في كل عملية إطلاق قمر صناعي جديدة. وفي هذا الصدد، قال Joe Dziezynski، مدير خط منتجات الفضاء في شركة BAE Systems: «عند دعم المهمات الفضائية، تعد مرونة التصميم أمرًا بالغ الأهمية. إن مكتبة RH45 ASIC الخاصة بنا تُمثل قدرة فريدة وموثوقة، تتيح لعملائنا تخصيص الوظائف مع استيفاء متطلبات المقاومة للإشعاع في الوقت ذاته».
تُشغّل هذه الشرائح الدقيقة عالية الأداء مجموعة واسعة من العمليات الفضائية. وتعتمد المركبات الفضائية المخصصة لاستكشاف أعماق الفضاء عليها لتنفيذ الملاحة الذاتية المعقدة ومعالجة بيانات المستشعرات في الزمن الحقيقي، على بُعد مليارات الأميال عن محطات التحكم الأرضية. وتستخدم الأصول الخاصة بالأمن القومي بنى مقاومة للإشعاع لحماية الحمولات الدفاعية الحيوية، والحفاظ على استمرار المراقبة، واكتشاف التهديدات، والاتصالات العسكرية المشفرة. وفي الوقت نفسه، تُدمج هذه المكونات في الأقمار الصناعية التجارية المدارية لتحقيق أقصى قدر من تشغيل شبكات تتبع الطقس واتصالات الأقمار الصناعية العالمية. وقد بدأت هذه الشرائح بالفعل في دخول عمليات تصنيع الأجهزة، حيث ستدمج شركة BAE تقنية RH45 مباشرة في الجيل القادم من حواسيبها أحادية اللوحة Endura، لإنشاء وحدات معالجة عالية السُّرعة ومنخفضة الاستهلاك للطاقة مصممة خصيصًا للمدار.
ستُجرى التجميع النهائي والتغليف والاختبار في منشأة BAE لأنظمة الفضاء الكائنة في ماناساس بولاية فرجينيا, الحاصلة على اعتماد 1A Class Microelectronics Trusted Source.
العنصر المواصفات تقنية التصنيع 45nm SOI استخدام الشريحة الدقيقة أقمار صناعية، مركبات استكشاف أعماق الفضاء نوع المكون دائرة متكاملة مخصصة لتطبيق محدد (ASIC)
أهمية الشرائح الدقيقة المقاومة للإشعاع بالنسبة للدفاع
تكتسب قدرة الشرائح الدقيقة على مقاومة الإشعاع أهمية بالغة في المهمات الفضائية، إذ يستطيع الإشعاع أن يُلحق ضررًا سريعًا بالمكونات الإلكترونية، مما يؤثر على نجاح المهمة. وقد صُممت تقنية RH45 الخاصة بشركة BAE Systems خصيصًا لمواجهة هذه التحديات، إذ توفر الأداء المطلوب لمقاومة الإشعاع، بما يدعم احتياجات الدفاع واستكشاف الفضاء. ومع تقدم التكنولوجيا، فإن إعادة عمليات التصنيع إلى داخل الولايات المتحدة لا يُقلل من مخاطر سلاسل التوريد فحسب، بل يعزز أيضًا القدرة التصنيعية المحلية، وهو ما يمثل تقدمًا مهمًا للأمن الدفاعي.