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지난 2022년 태양 폭풍으로 인해 스페이스X가 발사한 40개의 스타링크 위성이 추락했다. 태양의 코로나 방출이 유발한 태양 폭풍으로 항력이 증가했고, 궤도에서 이탈한 위성들이 추락한 것이다. 당시 1차 궤도 높이에서 초기 시스템 점검 후, 임무 높이로 위성이 이동할 수 있게끔 명령을 전달했으나, 시스템 오류와 점검 등으로 명령이 실행되지 못했다. 업계에서는 위성 추락에 우주 방사선 등이 영향을 끼친 것으로 보고 있다. 

정성수 큐알티 CTO는 30일 경기 수원시 경기경제과학진흥원에서 열린 '첨단우주반도체혁신콘퍼런스(ASSIC)2024'에서 "위성에 탑재되는 반도체의 경우 태양에서 오는 문제점까지 같이 고민해야 한다"며 "(특히 내방사선에 대한) 문제를 감안해 설계하고, 평가를 해야 한다"고 말했다. 

이번 행사는 '디일렉'과 '큐알티'가 주최했다. 200여명이 참석했다. 정 CTO는 '항공 우주 반도체 부품의 품질 보증을 주제로 발표했다.

2022년 스페이스X의 위성 추락 외에도 다양한 위성들이 최소 설계 수명을 충족하지 못했다. HotSat-1는 위성이 발사후 불과 6개월 만에 궤도에서 고장 났으며, Intelsat29는 연료 누출 등 이슈로 고장이 났다. Intelsat29 고장에는 하네스 결함과 유성체 충격, 정전기 방전이 영향을 끼쳤다. 업계에서는 위성 추락에 우주 방사선 등이 영향을 끼친 것으로 보고 있다.

우주 항공용 반도체는 고궤도 및 우주환경에서 정상 동작해야 하기 때문에 양성자와 중성자, 중이온부터 외부의 습기나 가스 등으로부터 차폐가 이뤄져야 한다. 업계에서는 이를 위해 우주항공용 반도체에 허매틱 실링(Hermetic Sealing) 기술을 적용하고 있다. 다만 허메틱 실링 등으로도 우주 환경에서의 양성자, 중성자, 중이온 등에 발생하는 오류를 막을 수는 없다. 

특히 단일이벤트 효과는 우주 항공용 반도체에서 가장 빈번하게 발생하는 오류다. 업계에서는 '소프트에러'라고 부른다. 해당 오류는 양성자 및 중성자 등의 입자들이 전자회로와 충돌해서 발생하며, 회로가 0을 1로, 1을 0로 계산한다.

단일이벤트 효과를 방지하기 위해 RHA 설계 프로세서와 SEECA가 주목받고 있다. RHA는 우주 방사선 환경에 노출된 후 우주 시스템의 전자장치 및 재료가 설계 사양에 따라 작동하도록 보장하는 엔지니어링 프로세스의 모음이다. SEECA는 단일이벤트 효과가 임무, 시스템, 하위 시스템 가용성 및 신뢰성에 미치는 영향을 식별하는 방법론적 도구다.

큐알티는 단일 이벤트 효과를 분석할 수 있는 '범용 단일 이벤트 효과 분석 시스템'도 출시했다. 큐알티는 범용 장비를 통해 항공 우주용 반도체부터 전력 반도체, D램, S램, 시스템온칩(SoC), 중앙처리장치(CPU) 등을 양성자, 중성자, 중이온 등으로 평가할 수 있다고 설명했다. 큐알티는 현재 중성자 과학 센터 '랜스(LANSCE)와 , 트라이엄프(TRIUMF) 등 연구 기관과 소프트에러 관련 공동 연구를 진행 중이다.

디일렉=노태민 기자 [email protected]
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