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男人寧可餓肚子也要選擇性愛?!

科學新聞解剖室_96
・2014/10/31 ・2588字 ・閱讀時間約 5 分鐘
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科學新聞解剖室-案件編號4

案情:矛盾大對決之「口慾vs.性慾」事件

food or sex
圖片來源:http://goo.gl/kdRUfj

某一天的午餐時間,解剖員在網路上看見一則自由時報的新聞,題為「英研究:男人寧願餓肚子也要做愛」,內容指出:

「英國最新一項研究指出,男人同時面對性需求以及飢餓狀態時,其神經細胞會主動忽略飢餓感,專注在性愛上。助理教授道格拉斯(Douglas Portman)稱,這樣便能解釋男性和女性存在的某些差異……」

解剖員不禁覺得是不是應該把午餐省下來去找個伴侶?如果男人都真有這麼飢渴,餐飲業店家的生意可能會減低不少。先前的「看美女有益健康」讓男性有了看美女的藉口,如今變成坐而視不如起而行,這新聞豈不是給男人更多的藉口滿足個人私慾?而且「餓肚子」跟「做愛」,在科學上到底要怎麼比較呢?會準確嗎?令解剖員大為吃驚,真是一則疑點重重的新聞。

解剖:「口慾vs.食慾」問題多多?

在「科學」與「媒體」上,這篇新聞報導有許多的問題存在,就跟著解剖員一步一步抽絲剝繭看下去吧。首先剖開科學的部分來仔細檢驗一下:

科學疑點一:這個實驗怎麼做?

新聞中提到:「……研究人員透過一種叫做AWA的神經元,觀察出其在同時面對飢餓以及性需求的當下,會主動忽略飢餓感,選擇順從自己的性需求。」

如果仔細看,會發現報導中並沒有提到任何有關於實驗如何進行的細節,僅把這聳人的結果拿出來使用。從標題觀察,如果要進行實驗測試,解剖員揣測可能得將一名男性、一堆香氣四溢的美食以及一名貌美的女性同時安置在一間房間內,此時男性和女性必須是要處在餓肚子的情形下,然後由研究人員觀察兩人在房間內的互動。但仔細想想,這樣的實驗似乎不太容易控制…(推眼鏡),若男性的前提條件再新增一個剛看完色情影片的狀況,說不定會更符合這個實驗的預期。此外,內文沒有說到實驗對象的年齡,若以科學實驗的完整性來考量,或許還要觀察所有年齡層的互動情形,而多設計幾個觀測組來進行比較全面性的驗證,才能得出比較客觀的結論吧?!

不過這樣的實驗設計與控制實在不容易,解剖員想破頭也想像不到實驗到底是如何進行,而本篇新聞內容也完全沒提到實驗如何操作,只是隨便取了國外研究結果就來寫成一篇「簡潔扼要」的新聞稿,就要民眾買單,雖然標題的確讓人很難移開視線,但新聞內容著實太可疑了!

這個實驗到底是怎麼做的呢?(解剖員自製圖片)
這個實驗到底是怎麼做的呢?(解剖員自製圖片)

科學疑點二:人與蟲,傻傻分不清楚?

為了這些實驗設計上的疑惑,解剖員找來了原始研究的紀錄。根據原始研究論文, 這個研究的對象其實是一種線蟲(roundworms),研究內容是針對兩種性別的線蟲對於「食物」和「性」的追求程度進行分析。研究團隊發現,「雄性」身上對於食物的味覺受器相較於「雌雄同體」(hermaphrodites)來的少許多,因此,當他們將「雌雄同體」與「雄性」都以圓環狀放置於培養皿,並且用食物作為隔離時,會發現兩種截然不同的行為,「雌雄同體」的蟲會吃食物,但「雄性」的蟲則會繞過食物尋找交配的對象。

接著,在〈華盛頓郵報〉的報導中就有提到,研究團隊表示當社會大眾看到這篇報導時,可能理所當然的認為「噢!真不愧是典型的男性會有的表現」,但是雄性線蟲去找交配的對象,可能只是因為他們的食物嗅覺不夠敏銳罷了!

在國內這篇新聞內容中,完全沒有提到實驗對象是「蟲」,而非人類。線蟲跟人類之間可以這麼簡單的類比嗎?如果是這樣的話,那麼下次要不要透過雄性線蟲來推論男人喜歡「吃土」還是「吃菜」呢?科學研究的結果對於不同對象的推論,需要一個十分嚴謹的過程,而台灣記者「看到黑影就開槍」的能力,真的令人大開眼界!

接下來看看媒體上的問題:

媒體疑點一:被嫁禍的「英國研究」?

說到這篇研究的出處,新聞標題大大的指出「英國研究」,這樣的標題給速食閱讀者提供了一定的可信度,好像看到是國外研究,就會覺得比較有權威、比較有公信力。但經過解剖員的追查發現,文中提及的助理教授道格拉斯(Douglas Portman),其實是來自University of Rochester Medical Center,而這個醫學中心位在美國紐約州。

唯一有可能跟「英國研究」有關的,解剖員大膽推測這不會又是翻譯自台灣記者最愛的英國〈每日郵報〉報導吧?果不其然,經過解剖員鍥而不捨的搜尋,果然在〈每日郵報〉找到這篇題為”Leg or breast? Male brains are wired to ignore food if they think sex is on the menu”的類似報導,雖然這一篇報導標題的煽情程度跟自由時報難分軒輊,但是至少人家在內容還提到了這是一篇「蟲」的研究。

此外,我們還找了幾個國外幾篇相關報導:The Washington Post、ScienceDailyThe Telegraph,沒有一篇提到這是「英國研究」,總不要抄人家英國媒體的報導,就一併把研究的功勞也送給英國吧?或許也因為國內記者的「努力」,讓「英國研究」在台灣變成是可笑的、不可盡信的代名詞,就讓我們為背黑鍋的「英國研究」默哀三分鐘吧!

媒體疑點二:煽色是王道?

曾經何時,只要新聞內容跟「性」扯上關係,幾乎是等同於獲得炒作話題的入場卷,社會大眾在觀賞新聞時若看見類似的這樣獵奇的標題難免多加駐足,漸漸的,媒體也養大了觀眾的胃口。

撇開這整個研究背後的實驗過程或理論基礎是否被詳細的說明,我們來看看記者朋友在翻譯過程中下的苦功。國內的這篇新聞報導是在17日,而研究成果線上刊登在Current Biology的日期是16日,相隔僅有一天,只能說國內記者是非常認真跟隨國外科學研究的腳步。不過,如果這一篇研究是焦注在線蟲之消化機能的探討,那麼你想要在台灣媒體看見相關報導,也許要等下輩子吧!

可見只要科學新聞主題辛辣一點,就可以成功地銷到台灣來,因為八卦、煽色是王道,只是這樣符合比例原則嗎?

解剖總結:引用國外研究要做對功課!

總結前面解剖結果,這一則新聞缺乏交代一個科學事件中最基本的訊息,相關的考證亦錯誤百出,不僅忽略了實驗的來龍去脈,更讓聳動的新聞標題誤導閱聽人的判斷。這樣的報導只把大眾對科學研究的眼界放在最膚淺的標題上,實在是非常不應該。綜合這一次的分析,本解剖室給這則新聞報導評以如下評價(11顆骷髏頭):

綜合剖析評比-科學偽新聞指數(滿分5顆)

「忽略過程」指數: ☠☠☠☠

「多重災難」指數: ☠☠☠

「戲劇效果」指數: ☠☠☠☠

(策劃/寫作:黃俊儒、陳柏廷、賴雁蓉)

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科學新聞解剖室_96
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「科學新聞解剖室」是由中正大學科學傳播教育研究室所成立的科學新聞監督平台,這個平台結合許多不同領域的科學解剖專家及義工,以台灣科學新聞最容易犯下的10種錯誤類型作為基礎,要讓「科學偽新聞」無所遁形。已出版《新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》《新生活判讀力:別讓科學偽新聞誤導你的人生》(有關10種錯誤的內涵,請參見《別輕易相信!你必須知道的科學偽新聞》一書)。

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從「衛生紙」開始的環保行動:一起愛地球,從i開始
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/03 ・1604字 ・閱讀時間約 3 分鐘

你是否也曾在抽衛生紙的瞬間,心頭閃過「這會不會讓更多森林消失」的擔憂?當最後一張衛生紙用完,內心的愧疚感也油然而生……但先別急著責怪自己,事實上,使用木製品和紙張也能很永續!只要我們選對來源、支持永續木材,你的每一個購物決策,都能將對地球的影響降到最低。

二氧化碳是「植物的食物」:碳的循環旅程

樹木的主食是水與二氧化碳,它們從空氣中吸收二氧化碳,並利用這些碳元素形成枝葉與樹幹。最終這些樹木會被砍伐,切成木材或搗成紙漿,用於各種紙張與木製品的製造。

木製品在到達其使用年限後,無論是被燃燒還是自然分解,都會重新釋放出二氧化碳。不過在碳循環中,這些釋出的二氧化碳,來自於原本被樹木「吸收」的那些二氧化碳,因此並不會增加大氣中的碳總量。

只要我們持續種植新樹,碳循環就能不斷延續,二氧化碳在不同型態間流轉,而不會大量增加溫室氣體在大氣中的總量。因為具備循環再生的特性,讓木材成為相對環保的資源。

但,為了木製品而砍伐森林,真的沒問題嗎?當然會有問題!

圖說:從吸碳到固碳的循環

砍對樹,很重要

實際上,有不少木材來自於樹木豐富的熱帶雨林。然而,熱帶雨林是無數動植物的棲息地,它們承載著地球豐富的生物多樣性。當這些森林被非法砍伐,不僅生態系統遭到破壞,還有一個嚴重的問題–黃碳,也就是那些大量儲存在落葉與土壤有機質中的碳,會因為上方森林的消失重新將碳釋放進大氣之中。這些原本是森林的土地,將從固碳變成排碳大戶。

不論是黃碳問題,還是要確保雨林珍貴的生物多樣性不被影響,經營得當的人工永續林,能將對環境的影響降到最低,是紙漿和木材的理想來源。永續林的經營者通常需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。木材反覆在同一片土地上生成,因此不用再砍伐更多的原始林。在這樣的循環經營下,我們才能不必冒著破壞原始林的風險,繼續享用木製品。

圖說:人工永續林的經營者需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。

如何確保你手中的紙張來自永續林?

如果你擔心自己無意中購買了對環境不友善的商品,而不敢下手,只要認明FSC(森林管理委員會)認證與PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。並且從森林到工廠、再到產品,流程都能被追蹤,為你把關每一張紙的生產過程合乎永續。

圖說:只要認明FSC(森林管理委員會)認證與PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。

家樂福「從 i 開始」:環境友善購物新選擇

不僅是紙張,家樂福自有品牌的產品都已經通過了環保認證,幫助消費者在日常生活中輕鬆實踐環保。選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌,這代表商品在生產過程中已經符合多項國際認證永續發展標準。

「從 i 開始」涵蓋十大環保行動,從營養飲食、無添加物、有機產品,到生態農業、動物福利、永續漁業、減少塑料與森林保育,讓你每一項購物選擇都能與環境保護密切相關。無論是買菜、買肉,還是日常生活用品,都能透過簡單的選擇,為地球盡一份力。

圖說:選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

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自然界中的頂級騙術:動植物如何在進化中化身大師級騙子——《跟達爾文學投資》
今周刊出版
・2024/12/03 ・2135字 ・閱讀時間約 4 分鐘

綠蛙的低頻謊言:聲音中的進化騙術

曾因為 2008 年全球金融危機而受害的人,可能都曾把所知道的髒話用來罵我們這些金融從業人員。如果你不是演化生物學家,你可能認為只有我們這種狡詐的生物才會欺騙人。但是,並非如此。

我們就先從綠色的青蛙開始談起。

與大多數動物一樣,綠蛙的交配期很短。在這個關鍵時期,公蛙需要積極保衛自己的領土,才能將繁殖成功率提到最高。體型較大的公蛙發出的呱呱叫聲,頻率比體型小的叫聲更低,藉此宣傳自己的體型和統治地位。因此,公綠蛙在演化過程中會避開體型更大、更壯的綠蛙,所以不會進入充滿低頻呱呱叫聲的範圍。牠的大腦認定低頻呱呱聲,等同牠無法打敗的對手。

如果你是一隻體型小的綠蛙,你會怎麼做?過著沒有伴侶的生活,從未交配就死亡嗎?不是,一些小綠蛙找到一種方法降低牠們的訊號音調,以顯示牠們的體型比實際上更大。這種能力使牠們能夠藉此欺騙體型比自己大的公蛙,以保護自己的領土。一些小綠蛙利用低頻率的呱呱聲來發送欺騙訊號,而獲得演化上的優勢。這種欺騙的訊號很容易產生,發出訊號的小綠蛙所付出的代價非常小。

小綠蛙用低頻呱呱聲偽裝體型,欺騙對手獲得優勢。圖/unsplash

如果各位認為綠蛙是狡猾的小傢伙,那麼神奇的招潮蟹的惡作劇,

一定會讓人非常難忘。

招潮蟹的假螯戰術:以假亂真制勝對手

招潮蟹(又譯提琴蟹)比綠蛙更進一步,發展出能力以欺騙母蟹和其他公蟹。公招潮蟹都有一只大而強壯的螯,既可以用來與其他公蟹打鬥,又可以吸引母蟹。研究人員發現,母蟹特別偏好螯較大的公蟹,而這些螯較大的公蟹也能成功威懾其他公的競爭者。當一隻公蟹在戰鬥中失去大螯,通常會長出一只新的螯,這只新螯比較輕、沒那麼粗壯,也更脆弱,但是它的尺寸仍可能很大,看起來和之前那只更重、更致命的螯一樣有力。

這些再生的螯成功地欺騙了公蟹和母蟹。母蟹無法區分這些冒牌貨和擁有較重的「真螯」的公蟹。甚至擁有「真螯」的公蟹,也不會和那些較輕、較弱,但外觀看起來很了不起的再生螯公蟹發生衝突。研究人員發現,在招潮蟹族群中,高達 44% 的公蟹可能有再生的螯。千萬別以為只有我們這些金融從業者不值得信任!

如果各位以為只有動物會發出欺騙訊號,那就錯了。

蘭花的費洛蒙迷局:黃蜂的交配陷阱

植物是騙術大師。由於植物無法奔跑或躲藏,所以許多植物的生存策略就是欺騙其他植物或動物。澳洲某些品種的蘭花就是其中一個最好的例子(對黃蜂來說則是最糟糕的例子)。澳洲有大約 1400 種蘭花,其中大約有 250 種蘭花採取欺騙公黃蜂以實現授粉的策略。

植物也是天生的騙術大師,澳洲約 250 種蘭花通過欺騙公黃蜂完成授粉。圖/unsplash

它的欺騙策略是這樣的。當一隻母黃蜂(一生中大部分時間都生活在地下產卵)準備交配時,牠會從地下出現並釋放出一種獨特的費洛蒙來吸引公黃蜂。許多公黃蜂通常會降落在母黃蜂身上並開始瘋狂交配。這沒什麼奇特的。好吧,這確定有點令人不安,但你懂我的意思。

這時蘭花出場了。許多蘭花品種發現了一種方法,可以釋放與母黃蜂相同的費洛蒙。結果呢?公黃蜂與蘭花交配,因此接觸到花粉,受騙的公黃蜂將花粉帶到其他花朵上再次「交配」,然後留下前一朵花的花粉!

我想在此提出一個必要的說明,而且為了避免把動植物擬人化而造成讀者誤解,我之後還會再多說幾次。到目前為止討論中的「誠實」和「欺騙」這兩個詞,並不表示傳達訊息者的意圖。這兩個詞只是指出訊號對接收者所造成的影響。當一個訊號愚弄接收者時,就是欺騙;當接收者了解訊號原本的意思時,就是誠實的。蘭花不是故意釋放特定的費洛蒙,招潮蟹也不是有意識地製造一個假的大螯。這些生物都是經過數百萬年天擇的磨練,所創造出來的產物。

舉例來說,無害的牛奶蛇的祖先,可能因為隨機突變而發展出毒珊瑚蛇的顏色。這些突變個體的存活率,會比未突變的同類還要高,並且生下更多具有相同模式的牛奶蛇寶寶。結果這些牛奶蛇寶寶更安全,不會被掠食者吃掉,並且會成功地繁殖更多具有相同彩色圖案的後代。經歷過許多代之後,所有的牛奶蛇都擁有與珊瑚蛇相同的顏色與斑紋。在這個過程中,牠們的欺騙訊號臻至完美。

——本文摘自《跟達爾文學投資:取經大自然,從物競天擇脫穎成為市場贏家!》,2024 年 10 月,今周刊出版,未經同意請勿轉載。

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今周刊出版
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進軍太空產業!SpaceX 啟航,台灣太空中心佈局低軌衛星供應鏈——當商用電子產品從地面上太空,必經哪些環境測試?
宜特科技_96
・2024/12/02 ・4880字 ・閱讀時間約 10 分鐘

低軌衛星引爆全球商機,全球太空經濟在 2040 年預計突破 1 兆美元,許多國家跟科技大廠都加速投入太空市場,台灣也成立太空國家隊。但面對火箭與太空環境嚴苛的考驗,如何在地面模擬測試,使產品能在軌道順利運行?

本文轉載自宜特小學堂〈從地面到太空 商用衛星電子零組件必經的測試〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

點擊圖片收看影片版

自從 1957 年第一顆人造衛星發射後,現今已有近萬顆衛星在太空飛行,並且數量持續增加中。衛星已經跟我們的日常生活密不可分,例如地圖導航、實況轉播等,另外.俄烏戰爭中使用「星鏈」衛星通訊連網,台灣也在今年四月的花蓮地震首次使用低軌衛星技術,協助災區通訊。因此,發展衛星科技除了民生用途,也深具國家安全考量。

台灣從 2019 年到 2029 年,於第 3 期「國家太空科技發展長程計畫」投入超過新台幣 400 億元,進行低軌通訊衛星的研製、規劃國家發射場與人才培育。工研院估算,至 2030 年全球每年將發射 1,700 顆衛星升空,屆時將創造至少 4,000 億美元的產值。根據美國衛星產業協(Satellite Industry Association)預計,全球太空經濟在 2040 年更有望突破 1 兆美元,其中衛星產業占比上看 88%,達 9,252 億美元。

衛星按軌道高度可分成低軌(LEO<2,000 Km)、中軌(MEO<10,000 Km)以及地球同步軌道衛星(GEO~35,800 Km),重量從幾公斤到數百公斤不等,其中 SpaceX Starlink 低軌通訊衛星近年轉商業化,開啟了新太空經濟模式。另外立方衛星(CubeSat)造價門檻相對低,成為切入衛星技術研究的熱門標的。衛星產業鏈日趨成熟,以及衛星發射和製造成本的降低,帶來龐大的太空商機,相應的電子零組件需求亦隨之增加,讓不少廠商對邁向太空市場摩拳擦掌。

衛星依據軌道高度的分類。圖/宜特科技

衛星是由幾個次系統整合而成,包含姿態控制、電力、熱控、通訊、推進和酬載(Payload)…等。例如遙測衛星(Remote Sensing Satellite),它的功能是繞地球軌道拍攝照片,其中姿態控制次系統使鏡頭能維持對著地球方向;影像感測器則是攝取影像的酬載,電力次系統負責電力儲存與電源管理,最後將照片透過通訊次系統傳回地面。

衛星內部有我們熟知的各種電子零組件,正統太空規的電子零組件要價不斐,且某些零件因各國管制政策不易取得,而商用現貨(Commercial Off-the-Shelf,簡稱 COTS),例如電腦、手機和汽車採用的電子零組件,價格親民、性能良好,供貨也較充沛,近年採用 COTS 執行太空任務是相當熱門的趨勢。

衛星的次系統。圖/宜特科技

那麼,COTS 電子零組件要上太空,必須經過哪些驗證測試?本文將從火箭發射環境、太空環境,逐一說明 COTS 欲跨入太空應用將面臨的挑戰和驗證測試方式。

3.2.1 發射!火箭發射對電子零組件的影響

1. 振動測試

衛星在地面製造組裝,需考量溫度、濕度、粉塵汙染等影響;組裝好的衛星搭乘火箭從地面發射,首先會承受火箭的劇烈振動,振動測試機可以在地面模擬火箭發射,以垂直與水平方向進行振動測試。不同的火箭有不同的振動大小,例如美國 SpaceX 獵鷹重型火箭的振動測試參數,以每秒鐘 10~2,000 次的振動頻率,重力加速度到幾十倍,振動測試可用來確認衛星或電子零組件在經歷發射過程仍能正常運作。

美國 SpaceX 獵鷹重型火箭發射。圖/p.7, SPACE X FALCON USER’s GUIDE, August 2021

立方衛星振動測試。圖/Sat Search

2. 音震測試

火箭發射過程會產生音震(Acoustic Noise),尤其是面積大且薄的零件,特別容易受音震影響,例如太陽能電池板,天線面板等。音震可能會使這些零件破裂、機構損壞、功能異常。音震艙就是用來模擬火箭所產生的音震,測試時將液態氮汽化,此時液態氮體積會瞬間膨脹數百倍產生巨大壓力,再經由喇叭將氣流動能轉為聲波導入音震艙,測試音震艙內的衛星或零件。

音震艙測試。圖/European Space Agency

3. 衝擊測試

當火箭離開地面抵達一定的高度時,各節火箭引擎開始陸續分離,接著整流罩展開釋放衛星入軌,這些過程都會產生衝擊(Shock),對衛星內部零件的焊接點、晶片,或其他脆性材料都是嚴苛的考驗。因此需要在地面先進行衝擊測試,了解衛星與其電子零組件對巨大衝擊的耐受程度。

火箭整流罩打開釋放衛星。圖/German Aerospace Center 

衝擊測試。圖/金頓

4. 電磁相容性測試

此外,因為各種電子零組件集中在火箭狹小空間內,衛星跟火箭之間的電磁干擾可能會影響任務,因此衛星在發射前也需經過電磁相容性測試(EMC),確保衛星所使用的電子零組件不會與火箭之間互相干擾。

電磁相容性測試。圖/ European Space Agency

  1. 熱真空循環測試

低軌衛星以每秒七公里的時速飛行,大約九十分鐘繞行地球一圈,衛星繞軌飛行處於真空環境,同時也會面臨溫差挑戰,當衛星被太陽正面照射時,其溫度高達攝氏 120 度,遠離太陽時,溫度可能低到零下 120 度。另外,真空環境可能使電子零組件因散熱不良燒毀,真空低壓也會造成零組件材料分解、腔體洩漏(Leak),或是零組件釋氣(Outgassing)產生汙染。

熱真空循環測試(Thermal Vacuum Cycling Test)可模擬太空環境真空狀態與溫度變化,測試時會將衛星或電子零組件架設於極低壓力的真空艙內,再經設備以輻射、傳導方式對衛星或電子零組件升降溫以模擬太陽照射,此時衛星或電子零組件處於通電運作狀態,須即時監控觀察其功能是否正常。熱真空循環通常測試為期一週甚至更長,也是衛星或電子零組件常見的失效項目。

熱真空艙測試。圖/TriasRnD

  1. 輻射測試

少了大氣層的保護,電子零組件在太空環境會直接面對輻射的衝擊。以地球軌道而言,輻射環境包含輻射帶(Van Allen Belts)、銀河宇宙射線(Galactic Cosmic Rays,簡稱GCR)以及太陽高能粒子(Solar Energetic Particles,簡稱SEP),這些輻射環境充斥大量的電子、質子,以及少數的重離子(Heavy Ion)等,若擊中衛星的電子零組件可能造成資料錯亂(Upset)、當機,甚至永久性故障。衛星在軌道運行壽命短則幾個月,長則數十年,衛星在軌道運行時間越長,受輻射衝擊影響就越大。

地球軌道輻射環境。圖/宜特科技

輻射對電子零組件的影響有以下三大類:

太空輻射對電子零組件的三大效應。圖/ESA

  1. 總電離劑量效應(Total Ionizing Dose Effect,簡稱TID)

電子零組件在太空環境長期累積大量質子與電子輻射是 TID 效應的主因, TID 會造成 MOS 電晶體 Threshold Voltage 緩慢飄移,零件漏電因此逐漸增加,漏電嚴重時則會導致零件燒毀。衛星可視為大型的無線行動裝置,依賴太陽能蓄電,電力相當珍貴,若衛星內諸多的電子零件都在漏電,將造成衛星電力不足而失聯或失控。

  1. 位移損傷效應(Displacement Damage,簡稱DD)

質子對電子零組件會產生另一種非輻射效應,稱為位移損傷效應(DD),屬長期累積大量質子的物理性損傷,質子會將半導體零件內的矽原子打出晶格外,形成半導體的缺陷,零件漏電也會逐漸增加,其中光電零件對 DD 效應較敏感,例如影像感測元件,DD 會造成影像品質降低,另外也會使衛星使用的太陽能電池(Solar Cell)轉換效率下降。

  1. 單一事件效應(Single Event Effect,簡稱SEE) 

TID 與 DD 可以看成慢性病,是電子零組件長期在軌累積大量質子與電子作用所造成的漏電效應,SEE 就是屬於急性症狀,隨機發生又難以預測。質子與重離子都會造成電子零組件的 SEE 效應,而重離子比質子更容易引發 SEE,太空環境的重離子數量雖然相對少,但殺傷力強,一顆重離子就可能使電子零組件當機或損壞。

SEE 造成的故障可分成 Soft ERROR 與 Hard Error 兩大類。 Soft Error 的徵狀為資料錯亂、當機、功能異常等,重啟電路可恢復其運作,但若電子零組件對輻射很敏感,當機頻率過高則會影響任務執行,因此需以輻射測試評估其事件率(Event Rate)。Hard Error 則是永久性故障,例如重離子容易引發半導體零件栓鎖(Latch-Up)現象,若沒有對應機制,零件可能因大電流燒毀,因此 SEL (Single Event Latch-Up)是太空電子零件輻射耐受度最重要的指標之一。

單一事件效應的各種現象。圖/宜特科技

太空環境有各種能量的粒子,包含:質子、電子、重離子…,能量越高的粒子可穿透越厚的物質或外殼。低能量的粒子可被衛星外殼(鋁)阻擋,但衛星發射成本主要以重量計價,外殼厚度相當有限(通常為幾毫米厚的鋁材);而高能量的粒子則會穿透衛星外殼,影響電子零組件運作,因故使用於太空環境的電子零組件必定會被輻射影響,在上太空前必須經過輻射測試評估其特性。COTS 電子零組件,都有一定的抗輻射能力,但是必須經測試了解輻射耐受度是否適用於太空任務需求。

美國 NASA 的太空輻射實驗室。圖/NASA

COTS 電子零組件上太空前必須經過「發射環境測試」,包括模擬火箭發射時所產生的振動、音震、衝擊、電磁相容性測試,以及太空環境熱真空循環和輻射測試等,更多的測試項目就不一一細數,通過這些測試後,更重要的是取得「飛行履歷」(Flight Heritage),將產品發射上太空,若能成功執行各種任務,取得越多飛行履歷,產品的身價就越高,太空產業非常重視飛行履歷,飛行履歷也是產品的最佳保證書!

宜特是亞洲最完整的太空環境測試第三方實驗室, 2019 年與國研院太空中心合作推動台灣太空產業發展。自 2021 年加入台灣太空輻射環境驗測聯盟以來,我們已完成多種電子零組件的輻射測試,涵蓋了類比、數位、記憶體、射頻等。我們將持續建構更完整的太空環境驗證測試能量,提供一站式服務。協助廠商可專注於產品的設計與製造。

本文出自 www.istgroup.com

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