中国科研团队成功研制“青鸟”系统 助力构建高可靠、轻量化太空电子系统

简介

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　　中新网上海1月29日电 (记者 陈静)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周鹏-马顺利团队成功研制“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统(简称：青鸟系统)，在国际上首次实现在轨验证。

　　这一突破开辟了“原子层半导体太空电子学”的创新领域，助力中国空间电子器件跨越式发展，为人类探索浩瀚宇宙征途迈出重要一步。北京时间1月29日，相关成果以《面向星载通信的原子层级抗辐射射频系统》为题发表于《自然》(Nature)主刊。

　　近年来，人类太空探索不断刷新边界，从“天问一号”探测器的火星探索到新一代全球通信网络卫星星座的编织，高性能通信系统始终是太空任务的“关键纽带”。

　　然而，在浩瀚宇宙中，高能粒子、宇宙射线等空间辐射无处不在，极易引发电子器件性能退化甚至灾难性故障，严重威胁航天器在轨寿命。一旦电子系统在太空中失效，几乎无法维修，高昂的替换成本往往令任务难以为继。

　　据介绍，“轻量化、智能化、低成本”是未来航天系统的发展趋势。当前主流的抗辐射方案，如增加屏蔽层或采用冗余加固电路，虽能提升可靠性，但带来了体积增大、重量上升、功耗攀升等代价。因此，发展兼具小尺寸、超低功耗与本征抗辐射能力的新一代半导体器件与系统，已成为突破空间电子技术瓶颈的关键突破口。

　　周鹏-马顺利团队依托2024年9月24日发射的“复旦一号(澜湄未来星)”卫星平台，在国际上首次实现基于“青鸟”系统的在轨验证，揭示了该系统在真实宇宙辐射环境下的长期工作稳定性与可靠性。“青鸟”系统向1970年4月24日发射的东方红1号致敬，完成了以“复旦大学校歌”为信号的太空通信传输。

　　据了解，研究团队将“复旦大学校歌”的原始手稿照片存入“青鸟”系统的存储器中，完成了以“复旦大学校歌”为信号的太空星内通信传输，最后经卫星天线发射并返回地面站解码后，“复旦大学校歌”信号复原准确无误。

　　周鹏教授告诉记者，“青鸟”系统在轨运行9个月后，传输数据的误码率仍低于10的负8次方，展现了优异的抗辐射性和长期稳定性。据介绍，即使在辐射环境更为恶劣的地球同步轨道(GEO)上，“青鸟”系统在轨寿命预计可达271年，较传统硅基系统提升两个数量级。该系统发射机-接收机链路的功耗不足传统硅基射频系统的五分之一，显著降低了对星上能源的需求。

　　研究团队从粒子辐射损伤的物理机制出发，揭示了原子层级材料的辐射免疫机制；开辟了“原子层半导体太空电子学”的创新领域。基于“青鸟”系统完成的在轨验证，为原子层半导体太空电子学开辟了一个具有独特应用潜力的方向。这一突破标志着人类向构建高可靠、轻量化太空电子系统迈出关键一步。

　　展望未来，基于原子层半导体的抗辐射电子技术将在支撑下一代卫星互联网、深空探测乃至地外基地建设的同时，持续吸引全球学术界与产业界的深度布局，为中国空间电子器件带来跨越式发展。

　　据悉，周鹏-马顺利团队的研究工作依托复旦大学“复旦一号(澜湄未来星)”卫星平台开展，得到科技部、教育部、国家自然科学基金委、上海市科委、科学探索奖等项目的资助以及教育部创新平台的支持。(完) 【编辑:王琴】