Un nuovo studio mette alla prova le memorie elettroniche utilizzabili nei sistemi aeronautici, mostrando che le particelle energetiche possono provocare errori più complessi di quelli normalmente ricercati nei test.
Quando pensiamo ai possibili effetti dell’attività solare sugli aerei, vengono in mente soprattutto le interferenze con le comunicazioni radio e i sistemi di navigazione satellitare. Esiste però un altro fenomeno, meno conosciuto, che riguarda direttamente l’elettronica di bordo: le particelle energetiche provenienti dallo spazio possono alterare temporaneamente il funzionamento dei circuiti, provocando errori nella gestione delle informazioni.
È un problema che non riguarda soltanto gli eventi solari più intensi. La Terra è continuamente raggiunta dai raggi cosmici galattici, particelle di alta energia provenienti dall’esterno del Sistema Solare. Durante alcuni eventi di intensa attività solare, inoltre, il Sole può emettere grandi quantità di particelle energetiche, soprattutto protoni.
Il campo magnetico terrestre e l’atmosfera ci proteggono da gran parte di queste particelle. Tuttavia, quelle sufficientemente energetiche possono penetrare nell’atmosfera e, urtando gli atomi dei gas, generare cascate di particelle secondarie, fra cui neutroni, capaci di raggiungere le quote alle quali volano gli aerei.
Quando una particella cambia un’informazione
Gli aerei moderni utilizzano numerosi sistemi elettronici per elaborare dati, controllare apparati e gestire le diverse funzioni di bordo. Al loro interno si trovano circuiti e memorie che conservano informazioni sotto forma di bit, le unità fondamentali dei dati digitali, che possono assumere soltanto due valori: 0 oppure 1.
In determinate condizioni, il passaggio di una particella energetica attraverso un componente elettronico può depositare una quantità di carica sufficiente a modificarne lo stato. Per esempio, un bit che dovrebbe contenere il valore 0 può passare a 1, o viceversa.
Questo fenomeno prende il nome di Single Event Upset (SEU), cioè alterazione provocata da un singolo evento. Appartiene alla categoria più ampia dei Single Event Effects (SEE), gli effetti che una singola particella energetica può produrre in un dispositivo elettronico.
Non si tratta necessariamente di un danno permanente: spesso l’errore può essere corretto riscrivendo l’informazione o attraverso i sistemi di controllo. Tuttavia, non tutti gli effetti sono altrettanto semplici da riconoscere e gestire.
Ed è proprio questo il problema affrontato da un nuovo studio pubblicato sulla rivista scientifica Space Weather.
Gli esperimenti sulle memorie elettroniche
Per capire quali effetti possano provocare le particelle energetiche, oltre alla semplice alterazione di un bit, un gruppo di ricerca guidato dall’Università del Surrey, nel Regno Unito, ha sottoposto a irraggiamento quattro tipi di memorie elettroniche commerciali, osservando come cambiava il loro funzionamento.
Si tratta di memorie SRAM (Static Random Access Memory), utilizzate nei circuiti elettronici per conservare temporaneamente informazioni che devono essere recuperate rapidamente. Un errore in questi dati potrebbe compromettere il corretto funzionamento del dispositivo che li utilizza.
Guarda l’interno di una delle memorie SRAM esaminate dai ricercatori. Le aree blu e verdi ospitano le celle di memoria, mentre quelle marroni contengono altri circuiti elettronici. Crediti: Matthew L. Barker, Università del Surrey, tesi di dottorato (2026). CC BY-NC-SA 4.0.
Le memorie esaminate sono realizzate con tecnologie sub-100 nanometri, che permettono di costruire circuiti con elementi estremamente piccoli, dalle dimensioni caratteristiche inferiori a un decimillesimo di millimetro. Questa miniaturizzazione consente di concentrare un numero crescente di componenti nello stesso spazio, ma può anche modificarne la risposta alle particelle energetiche.
Non tutti gli errori sono uguali
I risultati hanno mostrato che, in uno dei tipi di memoria esaminati, l’irraggiamento poteva provocare ripetutamente effetti più complessi della semplice modifica di un singolo bit. Fra questi sono stati osservati gruppi di errori che si verificavano in rapida successione e aumenti anomali della corrente elettrica assorbita dal componente.
Questi comportamenti sono importanti perché alcuni test utilizzati per valutare gli effetti delle radiazioni sulle memorie elettroniche si concentrano soprattutto sul numero di bit alterati, rischiando di non rilevare altre anomalie nel funzionamento dei dispositivi. Un componente potrebbe quindi apparire sufficientemente affidabile sulla base del conteggio degli errori più comuni, pur manifestando problemi in particolari condizioni di irraggiamento.
Lo studio sottolinea quindi l’importanza di valutare sia il numero degli errori provocati dalle radiazioni, sia il modo in cui questi si manifestano, per ottenere una valutazione più completa dell’affidabilità dei componenti elettronici.
Dalla prova di laboratorio alle condizioni di volo
I ricercatori hanno utilizzato i risultati degli esperimenti per stimare, attraverso modelli dell’ambiente di radiazione, quanto frequentemente gli errori osservati nelle memorie elettroniche potrebbero verificarsi durante un volo.
Le simulazioni indicano che, in condizioni di intensa radiazione, gli errori possono diventare più frequenti alle alte quote e nelle regioni polari, dove un maggior numero di particelle energetiche può raggiungere i componenti elettronici. Salendo di quota, infatti, diminuisce la protezione offerta dall’atmosfera, mentre nelle regioni polari il campo magnetico terrestre scherma meno efficacemente le particelle rispetto alle regioni equatoriali.
Guarda come varia con la latitudine la frequenza prevista degli errori in una memoria elettronica, simulata a 21 km di quota durante un evento solare estremo: i valori più elevati si concentrano nelle regioni polari. Crediti: Matthew L. Barker, Università del Surrey, tesi di dottorato (2026). CC BY-NC-SA 4.0.
Questo non significa, naturalmente, che un’anomalia in una memoria elettronica possa mettere automaticamente in difficoltà un aereo: i sistemi di bordo prevedono diverse misure di sicurezza, tra cui meccanismi di correzione degli errori e dispositivi ridondanti.
Test più completi per un’elettronica più affidabile
Lo studio mette quindi in evidenza l’importanza di effettuare test più completi sulle memorie elettroniche, capaci di individuare anche gli effetti meno evidenti delle radiazioni. Un’esigenza sempre più importante nel settore aeronautico, dove l’impiego di componenti sempre più miniaturizzati richiede particolare attenzione alla loro affidabilità.
Per la meteorologia spaziale, conoscere questi effetti significa anche comprendere meglio come le particelle energetiche interagiscono con le nostre tecnologie. Non basta, infatti, sapere quante particelle raggiungono una determinata quota: occorre capire quali conseguenze possono produrre sui dispositivi elettronici.
[A cura di Daria Guidetti]
