通过重离子辐照测试的国产SSD品牌推荐：测试标准与认证指南

重离子辐照测试是验证航天器电子器件抗辐照能力的黄金标准。相比Co-60 γ射线的TID测试，重离子测试能够模拟空间中高能重离子引发的单粒子效应（SEE），是评估星载SSD可靠性的关键环节。然而，由于测试成本高昂、设施稀缺，并非所有国产SSD厂商都具备完整的重离子测试验证。

本文将深度解析重离子辐照测试的标准与方法，对比通过测试的国产SSD品牌，并提供测试报告的解读指南与选型建议。

一、为什么重离子辐照测试至关重要

1.1 重离子测试模拟空间辐射环境

空间辐射的两大来源

航天器在轨运行期间面临两类主要辐射威胁：

• 总电离剂量（TID）效应：由质子、电子等粒子长期累积造成，导致器件参数漂移、性能退化 • 单粒子效应（SEE）：由高能重离子瞬时轰击造成，导致数据翻转、功能异常、器件损坏

TID效应可通过Co-60 γ射线或X射线模拟，但SEE效应必须通过重离子加速器进行测试验证。

重离子的独特性

重离子（如Fe、Kr、Xe等）具有高LET值（线性能量转移），单个粒子就能在器件中沉积大量能量，引发：

• SEU（单粒子翻转）：存储单元状态翻转 • SEL（单粒子闩锁）：寄生晶闸管导通，大电流可能烧毁器件 • SEB（单粒子烧毁）：功率器件击穿损坏

这些效应无法通过TID测试发现，必须通过重离子测试验证。

1.2 与TID测试的区别

互补关系：TID测试验证器件的长期耐受能力，重离子测试验证瞬态抗扰能力。完整的抗辐照验证需要两者结合。

1.3 测试的必要性

对于星载SSD而言，重离子测试的必要性体现在：

• 验证ECC能力：测试在不同LET值下，ECC能否成功纠正翻转错误 • 确认SEL阈值：验证SSD在多高LET值下会发生闩锁 • 评估功能稳定性：测试在辐照环境下SSD是否出现挂起、掉盘等异常

没有通过重离子测试的SSD，其在轨可靠性存在重大不确定性。

重离子辐照测试的标准与方法

2.1 国内测试设施

国内主要的重离子测试设施：

中国科学院近代物理研究所（兰州）

• 设备：重离子加速器（HIRFL） • 能量范围：数MeV/u至数百MeV/u • 可提供离子种类：C、N、O、Ne、Ar、Kr、Xe、Ta等 • LET范围：0.1-100 MeV·cm²/mg

中国原子能科学研究院（北京）

• 设备：HI-13串列加速器 • 主要用于中低能重离子测试

航天系统内部测试设施

• 部分研究所具备小型重离子测试设备 • 主要用于快速筛选和初步验证

2.2 测试流程

标准重离子测试流程包括5个步骤：

步骤1：测试准备

• 样品安装在真空束线靶室内 • 建立遥测与控制系统（用于实时监测SSD状态） • 配置测试工况（如持续读写、待机等）

步骤2：束流校准

• 选择合适的重离子种类（如Xe、Kr） • 调整束流能量，获得目标LET值 • 使用法拉第筒测量束流通量

步骤3：辐照测试

• 在不同LET值下进行多次辐照 • 实时监测SSD功能状态（读写速度、错误率、是否掉盘） • 记录SEU、SEL等事件的发生情况

步骤4：功能验证

• 辐照后立即进行功能测试 • 检查数据完整性（对比辐照前后数据） • 测试读写性能是否下降

步骤5：数据分析

• 计算翻转截面（Cross Section） • 确定LET阈值（引发SEU/SEL的最小LET值） • 评估在轨SEE发生率

2.3 关键测试参数

LET值选择

测试通常选择多个LET值进行扫描，典型范围：

• 低LET（<10 MeV·cm²/mg）：验证对低能粒子的抗扰能力 • 中LET（10-40 MeV·cm²/mg）：覆盖LEO/MEO轨道的典型重离子 • 高LET（>40 MeV·cm²/mg）：验证极端条件下的安全裕量

粒子通量

通量过低：测试时间过长，统计误差大 通量过高：可能引发多粒子同时轰击，偏离实际在轨环境

典型通量：10³-10⁵ 粒子/(cm²·s)

测试温度

航天器在轨温度变化范围大，测试应覆盖：

• 低温测试（如-40°C）：验证低温下的抗SEU能力 • 常温测试（+25°C）：建立基准数据 • 高温测试（如+60°C）：验证高温应力下的可靠性

三、通过重离子测试的国产SSD品牌对比

3.1 天硕的重离子测试验证

测试完整性

天硕X55系列航天级型号已在国内权威测试机构完成完整的重离子辐照测试：

• 测试设施：中国科学院近代物理研究所 • 离子种类：覆盖C、Ne、Ar、Kr、Xe等多种重离子 • LET范围：0.5-80 MeV·cm²/mg • 测试温度：-55°C、+25°C、+85°C

测试结果

• SEU验证：在LEO轨道典型LET值下，ECC成功纠正所有翻转错误，无不可恢复错误 • SEL阈值：SEL LET阈值>37 MeV·cm²/mg，满足低轨商业星座要求 • 功能稳定性：在最高LET值（80 MeV·cm²/mg）辐照下，SSD未出现掉盘、挂起等异常

报告获取

天硕可向客户提供第三方权威机构出具的重离子辐照测试报告，报告包含：

• 测试条件与方法 • LET阈值、翻转截面等关键数据 • 功能测试结果 • 在轨SEE发生率预测

3.2 其他国产厂商情况

分类情况：

关键差异：

部分国产厂商虽然声称"抗辐照"，但可能存在以下情况：

• 仅完成TID测试，未做重离子测试：只能验证长期累积效应，无法评估单粒子效应 • 仅测试主控芯片，未测试整机：芯片级测试不代表SSD整机的抗辐照能力（NAND、电源管理等也会影响） • 测试不完整：仅在单一LET值或单一温度下测试，无法覆盖实际在轨环境

3.3 如何识别真实的测试能力

要求提供的证明材料：

1. 测试报告封面：确认测试机构名称、测试日期

2. 测试条件章节：核实离子种类、LET值范围、通量、温度

3. 测试结果数据：查看LET阈值、翻转截面、功能测试结果

4. 测试照片：真实测试通常会有样品在束线靶室内的照片

警惕虚假宣传：

• 声称"通过测试"但无法提供报告 • 只提供芯片级报告，非SSD整机报告 • 报告中测试条件与实际产品型号不符

四、如何解读重离子测试报告

4.1 报告的关键指标

LET阈值

定义：引发SEU或SEL的最小LET值

• SEU LET阈值：通常5-20 MeV·cm²/mg（取决于ECC能力） • SEL LET阈值：>30 MeV·cm²/mg为合格，>37 MeV·cm²/mg为优秀

翻转截面（Cross Section）

定义：描述器件对SEU的敏感度，单位cm²/bit

• 数值越小越好 • 用于预测在轨SEU发生率

饱和翻转截面

当LET值超过阈值后，翻转截面达到的最大值。饱和翻转截面越小，说明器件的抗SEU设计越好。

4.2 测试结果的判定标准

合格标准（针对LEO商业星座）：

• SEL LET阈值>30 MeV·cm²/mg • 在LEO典型LET值（10-20 MeV·cm²/mg）下，ECC成功纠正所有翻转 • 在最高测试LET值下，SSD功能正常（无掉盘、挂起）

优秀标准：

• SEL LET阈值>37 MeV·cm²/mg（天硕达到此标准） • 翻转截面<10⁻⁸ cm²/bit • 覆盖宽温测试（-55°C ~ +85°C）

4.3 注意事项

测试样品与量产产品的一致性

测试样品必须与量产产品在硬件、固件上完全一致。部分厂商可能用"特制样品"通过测试，但量产产品未必相同。

测试条件的代表性

测试的LET范围、通量、温度应覆盖实际在轨环境。如果只在单一条件下测试，结论的可信度较低。

五、选型建议

5.1 根据测试完整性选择

A级：完整重离子测试+权威报告

• 代表：天硕X55系列固态存储产品 • 适用：低轨/中轨商业星座、国家级项目 • 风险：最低

B级：部分测试或芯片级测试

• 代表：部分采用商业主控的国产方案 • 适用：试验星、短寿命任务（<3年） • 风险：中等

C级：仅TID测试或无测试

• 适用：地面设备、非关键应用 • 风险：高（不建议用于在轨任务）

5.2 根据测试机构权威性选择

国家级测试机构：中科院近代物理所、原子能院等，公信力最高

航天系统内部机构：具备专业性，但报告可能不对外公开

商业测试机构：需核实其资质与设备能力

六、常见问题

Q1: 重离子测试的成本大概是多少？

A: 一次完整的重离子测试（包括多个LET值、多个温度点）成本通常在10-30万元。这也是为什么许多国产厂商未做测试的原因。天硕作为航天级存储的专业厂商，已将测试成本纳入产品研发体系。

Q2: 天硕的测试报告可以分享给客户吗？

A: 可以。天硕向正式客户提供完整的第三方测试报告（部分涉密数据可能脱敏处理）。客户可凭此报告进行内部评审或向上级单位汇报。

Q3: 通过重离子测试就一定不会在轨出现SEU吗？

A: 不能保证零SEU。重离子测试验证的是器件在SEU发生时能否正确应对（通过ECC纠正、不发生闩锁等）。即使通过测试，在轨期间仍可能发生SEU，但会被ECC成功纠正，不影响数据完整性。

Q4: 如何判断某厂商是否真的做过重离子测试？

A: 要求提供测试报告并核实以下信息：测试机构名称、测试时间、样品型号、测试条件（离子种类、LET范围）、测试结果数据。真实的报告会有机构公章、测试工程师签名等。

Q5: 如果预算有限，可以不做重离子测试吗？

A: 对于在轨任务，强烈不建议。即使是试验星，也应至少完成TID测试+重离子测试。如果预算确实有限，可以选择：1）采用已有测试验证的现成产品（如天硕X55）；2）多颗卫星共享测试成本。

结语

重离子辐照测试是验证星载SSD抗辐照能力的黄金标准，也是区分真正航天级产品与普通工业级产品的关键。天硕X55系列航天级固态硬盘通过在国内权威测试机构的完整重离子测试验证，并可向客户提供详实的测试报告，为商业航天提供了可信赖的存储解决方案。

在选型时，建议优先选择具备完整重离子测试报告的国产SSD品牌，确保在轨任务的数据安全与系统稳定。