中新網(wǎng)上海1月29日電 (記者 陳靜)復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬-馬順利團(tuán)隊(duì)成功研制“青鳥”原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱：青鳥系統(tǒng))，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)在軌驗(yàn)證。
這一突破開辟了“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”的創(chuàng)新領(lǐng)域，助力中國(guó)空間電子器件跨越式發(fā)展，為人類探索浩瀚宇宙征途邁出重要一步。北京時(shí)間1月29日，相關(guān)成果以《面向星載通信的原子層級(jí)抗輻射射頻系統(tǒng)》為題發(fā)表于《自然》(Nature)主刊。
近年來(lái)，人類太空探索不斷刷新邊界，從“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器的火星探索到新一代全球通信網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星星座的編織，高性能通信系統(tǒng)始終是太空任務(wù)的“關(guān)鍵紐帶”。
然而，在浩瀚宇宙中，高能粒子、宇宙射線等空間輻射無(wú)處不在，極易引發(fā)電子器件性能退化甚至災(zāi)難性故障，嚴(yán)重威脅航天器在軌壽命。一旦電子系統(tǒng)在太空中失效，幾乎無(wú)法維修，高昂的替換成本往往令任務(wù)難以為繼。
據(jù)介紹，“輕量化、智能化、低成本”是未來(lái)航天系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前主流的抗輻射方案，如增加屏蔽層或采用冗余加固電路，雖能提升可靠性，但帶來(lái)了體積增大、重量上升、功耗攀升等代價(jià)。因此，發(fā)展兼具小尺寸、超低功耗與本征抗輻射能力的新一代半導(dǎo)體器件與系統(tǒng)，已成為突破空間電子技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵突破口。
周鵬-馬順利團(tuán)隊(duì)依托2024年9月24日發(fā)射的“復(fù)旦一號(hào)(瀾湄未來(lái)星)”衛(wèi)星平臺(tái)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于“青鳥”系統(tǒng)的在軌驗(yàn)證，揭示了該系統(tǒng)在真實(shí)宇宙輻射環(huán)境下的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性與可靠性?！扒帏B”系統(tǒng)向1970年4月24日發(fā)射的東方紅1號(hào)致敬，完成了以“復(fù)旦大學(xué)校歌”為信號(hào)的太空通信傳輸。
據(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)將“復(fù)旦大學(xué)校歌”的原始手稿照片存入“青鳥”系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，完成了以“復(fù)旦大學(xué)校歌”為信號(hào)的太空星內(nèi)通信傳輸，最后經(jīng)衛(wèi)星天線發(fā)射并返回地面站解碼后，“復(fù)旦大學(xué)校歌”信號(hào)復(fù)原準(zhǔn)確無(wú)誤。
周鵬教授告訴記者，“青鳥”系統(tǒng)在軌運(yùn)行9個(gè)月后，傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率仍低于10的負(fù)8次方，展現(xiàn)了優(yōu)異的抗輻射性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。據(jù)介紹，即使在輻射環(huán)境更為惡劣的地球同步軌道(GEO)上，“青鳥”系統(tǒng)在軌壽命預(yù)計(jì)可達(dá)271年，較傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)。該系統(tǒng)發(fā)射機(jī)-接收機(jī)鏈路的功耗不足傳統(tǒng)硅基射頻系統(tǒng)的五分之一，顯著降低了對(duì)星上能源的需求。
研究團(tuán)隊(duì)從粒子輻射損傷的物理機(jī)制出發(fā)，揭示了原子層級(jí)材料的輻射免疫機(jī)制；開辟了“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”的創(chuàng)新領(lǐng)域?；凇扒帏B”系統(tǒng)完成的在軌驗(yàn)證，為原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)開辟了一個(gè)具有獨(dú)特應(yīng)用潛力的方向。這一突破標(biāo)志著人類向構(gòu)建高可靠、輕量化太空電子系統(tǒng)邁出關(guān)鍵一步。
展望未來(lái)，基于原子層半導(dǎo)體的抗輻射電子技術(shù)將在支撐下一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、深空探測(cè)乃至地外基地建設(shè)的同時(shí)，持續(xù)吸引全球?qū)W術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的深度布局，為中國(guó)空間電子器件帶來(lái)跨越式發(fā)展。
據(jù)悉，周鵬-馬順利團(tuán)隊(duì)的研究工作依托復(fù)旦大學(xué)“復(fù)旦一號(hào)(瀾湄未來(lái)星)”衛(wèi)星平臺(tái)開展，得到科技部、教育部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、科學(xué)探索獎(jiǎng)等項(xiàng)目的資助以及教育部創(chuàng)新平臺(tái)的支持。(完)