太空中的树莓派能承受多少辐射？

在研究使用树莓派的立方卫星时，我联系到了Mark Rober YouTube频道首席工程师Ian Charnas。今年早些时候，Crunchlabs发射了SatGus卫星，目前正在轨道上拍摄"太空自拍"。

工作原理

• 用户在太空自拍网站上传照片
• 照片被安排在SatGus卫星上拍摄，使用Redwire Space制造的相机和Google Pixel手机
• 飞行计算机通过S波段接收照片批次和相关元数据，并存储在机载设备上
• 树莓派计算模块4通过USB ADB控制Pixel手机并显示图像
• 相机拍摄照片，飞行计算机通过S波段下行传输照片批次

辐射测试

手机测试

团队首先测试了Google Pixel 7 Pro手机，选择该型号是因为第三方测试显示其显示屏具有更好的辐射耐受性。

在UC Davis使用回旋加速器进行测试：

• 辐射剂量率：50拉德/分钟
• 单粒子翻转发生率：每63.5拉德一次
• 手机重启后功能正常

提高剂量率至1000拉德/分钟后：

• 手机在约9.2千拉德时完全失效

树莓派计算模块4测试

在相同测试条件下：

• 计算模块4平均每39.3拉德重置一次
• 由于时间限制，未进行"直至失效"的高剂量测试

伽马测试

在马里兰大学使用钴-60辐射源：

• 剂量率：17.5拉德/秒
• Pixel 7 Pro和树莓派CM4在10,000拉德下均无异常
• Wisecoco的Pi显示屏也通过了测试

最终失效测试：

• CM4 + Wisecoco显示屏组合在57.8千拉德时发生永久性故障

防护措施

基于测试数据，团队为SatGus选择了5毫米厚的铝制外壳，希望能在整个任务期间（至少1年）防止致命辐射剂量。

结论

在低地球轨道环境中，商用现成设备如树莓派可以通过适当的防护措施和系统设计（如看门狗定时器）来应对辐射风险。但在更高轨道（中/高地球轨道）中，辐射水平会显著提高，需要更周密的规划。