问题——高性能通信系统是航天任务的信息“生命线”。
卫星在轨获取的数据能否稳定回传,航天器之间能否可靠互联,直接关系到对地观测、应急通信、深空探测等任务的效率与安全。
随着在轨数据量激增以及对实时处理需求上升,业界正从“天感地算”逐步迈向“天数天算”,即让卫星在轨完成部分数据处理与分析,以减少回传压力、提升响应速度。
然而,卫星要在轨长期稳定运行,核心瓶颈之一在于电子系统必须具备更强的抗辐射能力。
原因——空间辐射环境复杂,高能粒子、宇宙射线等可能导致半导体器件性能退化,甚至引发单粒子翻转、闩锁等灾难性故障。
与地面设备不同,航天电子系统一旦失效,往往难以维修或更换,成本高昂且可能导致任务中断。
长期以来,工程上主要依靠加厚屏蔽材料、采用冗余电路等“加固”方案提升可靠性,但这也带来体积增大、重量上升、功耗攀升等连锁问题,与未来航天系统轻量化、智能化、低成本的发展方向存在矛盾。
要真正支撑更高密度的在轨计算与通信,就需要在器件材料与系统架构层面寻找更“本征”的抗辐射方案。
影响——复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院团队提出并实现的“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统,提供了一条以材料特性应对辐射挑战的新思路。
团队基于粒子辐射效应理论推导认为,原子层级材料在辐射诱导损伤累积方面具有潜在优势,具备实现空间辐射“免疫”或显著抑制损伤的可能性。
更重要的是,该成果并非停留在实验室验证,而是依托“复旦一号(澜湄未来星)”卫星平台完成在轨验证,填补二维电子器件在太空环境验证的空白。
相关进展意味着,未来在不显著增加系统负担的前提下,有望获得更稳定、更高效率的空间通信链路,为在轨智能处理提供基础保障。
对策——从工程实现看,“青鸟”系统的研发强调“材料—器件—系统—在轨”一体化路线:在材料选择、晶体管制备、射频系统集成、载荷调试等环节持续迭代,逐步将理论优势转化为可用的航天级系统能力。
团队成员介绍,相关载荷系统研制经历多年攻关,每轮实验周期长、失败率高,最终依托卫星发射完成关键验证。
这一过程也反映出当前空间电子技术发展的基本路径:单纯提升屏蔽与冗余的“外部加固”难以无限叠加,必须通过新材料、新器件与系统级协同设计,形成更高效、更可持续的抗辐射体系。
同时,在卫星平台、载荷标准化与在轨测试机制上持续完善,将有助于缩短从实验室到应用的周期,降低验证成本,提升成果转化效率。
前景——面向未来,随着星座化部署、对地观测高频化以及应急通信需求提升,航天电子系统将呈现“高算力、低功耗、强可靠、小型化”的综合要求。
“天数天算”若要规模化落地,除了算法与任务规划,更需要底层通信与计算硬件具备长期稳定的在轨运行能力。
原子层二维材料在抗辐射方面的探索,为构建新一代空间电子系统提供了可验证的方向:一方面有望降低对厚重屏蔽与多套冗余的依赖,释放重量与功耗预算;另一方面也可能推动更紧凑的在轨处理架构,实现更快的数据闭环与更高效的任务响应。
下一步,相关技术能否在更长寿命、更复杂轨道与更严苛辐射条件下保持一致性表现,并在批量制造、系统可靠性评估与工程标准方面形成可复用方案,将成为决定其工程化应用边界的关键。
复旦大学"青鸟"系统的成功在轨验证,标志着我国在太空电子系统抗辐射技术领域取得了重要突破。
这项成果不仅体现了基础理论研究向实际应用转化的成功范例,更为太空算力时代的到来奠定了坚实基础。
随着人工智能和航天技术的深度融合,太空将不再仅仅是数据收集的平台,而是成为具有实时计算能力的新型基础设施。
这一转变将深刻改变人类利用太空资源的方式,为应对全球算力需求、推进智能化社会建设提供新的可能性。