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La carrera de 8,5 millones de dólares para proteger los aviones de los rayos cósmicos

Una amenaza invisible pero inminente del espacio exterior: eventos cósmicos distantes que podrían estrellar una computadora, o incluso un avión, aquí en la Tierra. Las preocupaciones han llegado al punto en que se ha lanzado un gran esfuerzo europeo para investigar la devastación que podría provenir de los rayos cósmicos, borrando la memoria de un dispositivo o destruyendo los componentes electrónicos críticos para la seguridad de los aviones.

Repartidos por el cosmos hay aceleradores de partículas miles de veces más potentes que el colisionador de átomos del Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear con sede en Ginebra (más conocida por sus siglas en francés, CERN). Todavía no sabemos qué son estos aceleradores cósmicos ni dónde están ubicados. Lo que sí sabemos es que los rayos cósmicos, formados por partículas subatómicas, bombardean nuestro mundo natal todo el tiempo. Una fuente podría ser estrellas moribundas muy lejos. Otro es el «clima espacial» (el viento solar, por ejemplo) generado por nuestra estrella local, el Sol.

Una sola partícula subatómica en un rayo cósmico puede tener la energía del segundo servicio de Andy Murray, alcanzando velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Estos rayos salpican los átomos que componen la atmósfera superior de la Tierra, destrozándolos y provocando lluvias de partículas subatómicas secundarias, especialmente neutrones, que luego pueden dañar las computadoras en la superficie del planeta.

Durante más de dos décadas, las industrias aeroespacial y de computación han sido conscientes de la amenaza. A principios de la década de 1990, el fabricante de aviones Boeing se puso en contacto con el Centro de Investigación de Neutrones del Ejército del Centro de Ciencias del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, que en ese momento podría crear la fuente de neutrones de alta energía más intensa en cualquier entorno de laboratorio. Desarrollaron una estructura de acero modesta, la Casa ICE, que podría, en una hora, replicar lo que le sucedería a un chip de memoria que tuvo 100 años de exposición a rayos cósmicos que caen a altitud de crucero. Lo hicieron sometiendo cada chip a un millón de neutrones por centímetro cuadrado por segundo.

Ahora, se está poniendo en marcha una segunda instalación dedicada. Gran Bretaña ha construido el «Chipre» de 8,5 millones de dólares en la poderosa fuente de neutrones ISIS, operada por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas en el Laboratorio Rutherford Appleton en Didcot, cerca de Oxford. Esto acelerará enormemente las pruebas electrónicas y solo una medición de una hora equivaldrá a exponer un microchip a neutrones de alta energía durante cientos de años de tiempo de vuelo. Debería proporcionar el estándar de oro europeo para la detección de microchips. China también planea su propia instalación, la Fuente de Neutrones Astillados de China en Dongguan, para cocinar microchips con neutrones. Actualmente se encuentra en construcción y debería estar operativo en 2018.

El esfuerzo del instrumento europeo, dirigido por Chris Frost, está financiado por el Fondo de capital para grandes instalaciones, administrado por el gobierno central del Reino Unido.

Los neutrones suelen pasar a través de los materiales sin obstáculos. No siempre. Cuando un neutrón de alta energía golpea un átomo de silicio en un microchip, puede desencadenar una explosión de carga eléctrica que interfiere o el llamado efecto de «evento único». Este es el llamado error «suave», cuando un 0 cambia a un 1 en un circuito lógico, o viceversa, o cuando un transistor pasa de un estado «encendido» a un estado «apagado». Si un video se salta un latido, realmente no importa. Pero podría ser fatal si el piloto automático se vuelve loco.

Esto es lo que se pensó que sucedió el 7 de octubre de 2008, cuando un Airbus A330-303 operado por Qantas Airways se estrelló en ruta de Perth a Singapur. Cuando ingresaron datos incorrectos a los sistemas de control de vuelo, el avión descendió repentina y gravemente, hiriendo a 110 pasajeros y nueve miembros de la tripulación.

Se culpó a Neutron de miles de votos adicionales registrados por una máquina de votación en Schaerbeek, Bélgica, en 2003, por errores de la supercomputadora y por cerrar repetidamente la planta de Cypress Semiconductor Corporation de mil millones de dólares. Y ahora, las visitas potenciales de esta amenaza invisible están aumentando a medida que los dispositivos aéreos basados ​​en microchips se utilizan cada vez más en drones, aeronaves, naves espaciales y satélites. La amenaza aumenta con la altitud. A una altitud de crucero de 10.000 metros, unos 2.000 neutrones por segundo de diversas energías penetran cada metro cuadrado de superficie del avión, pasando por el casco, los pasajeros, los asientos y los componentes electrónicos. Como resultado, la tasa de error a esta altitud es cientos de veces mayor que la observada al nivel del mar.

Pero la amenaza en el terreno también está creciendo, a medida que construimos más servidores para almacenar nuestros datos, dependemos de más enrutadores para enviar más alrededor del mundo y reducimos el tamaño de los transistores en miles de millones cortados en un microchip. La densidad de transistores en los circuitos eléctricos es aparentemente infinita: la ley de Moore, por ejemplo, establece que la cantidad de transistores que se pueden meter en un solo circuito se duplica aproximadamente cada dos años. Eso es lo que impulsó el incesante avance de la potencia informática, junto con nuestra creciente dependencia de los chips de silicio para fines relacionados con las comunicaciones, la banca, la medicina, el GPS y más.

Algunos temen que la Ley de Moore se rompa pronto, no por el límite de nuestra capacidad para fabricar transistores cada vez más pequeños en la escala de decenas de nanómetros (mil millonésimas de metro) o menos, sino por la amenaza de los neutrones. A medida que se reducen los transistores, las ráfagas de carga mucho más pequeñas que se originan en los neutrones pueden cometer errores. Con mayor densidad, mayores velocidades y menor consumo de energía, los fabricantes de microchips están viendo que los errores leves inducidos por neutrones ocurren con mayor frecuencia.

Cuando Chipre entre en funcionamiento en el próximo mes, los circuitos utilizados en sistemas críticos para la vida (como los sistemas de piloto automático de aviones) se pondrán a prueba y los ingenieros podrán probar formas de lidiar con la radiación, desde diseños de transistores novedosos hasta errores. . – software y sistemas redundantes correctos. «Superar la amenaza de los neutrones requerirá ingenio a medida que reducimos el tamaño de los transistores», dice Frost. También dice que a medida que la electrónica se vuelva más sensible, tendrán que comenzar a estudiar otros efectos de colisión de los impactos de rayos cósmicos: muones, partículas pesadas con unas 207 veces la masa de un electrón, que pueden tener efectos similares y los neutrones. .

Mientras tanto, las computadoras juegan un papel aún más central en la vida cotidiana, dirigiendo trenes, aviones y automóviles, calentando nuestros hogares y moviendo nuestro dinero. Con suerte, la industria global de semiconductores podrá mantener la Ley de Moore durante al menos otra década. Durante los próximos años, al menos, el mundo debería estar un paso por delante de los gremlins cósmicos.

Editorial TNH

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