复旦团队研制“青鸟”抗辐射射频通信系统实现首次在轨验证 发表《自然》主刊

太空环境中的辐射威胁一直是制约航天器长期运行的重大难题。

高能粒子和宇宙射线等空间辐射无处不在,极易导致电子器件性能衰退甚至发生灾难性故障,严重威胁航天器在轨寿命。

一旦电子系统在太空中失效,几乎无法进行维修,高昂的替换成本往往使航天任务难以为继。

这一问题在深空探测、卫星星座建设等新型航天任务中表现尤为突出。

当前,航天领域采用的主流抗辐射方案主要包括增加屏蔽层和采用冗余加固电路等方法。

虽然这些方案能够提升系统可靠性,但同时也带来了难以回避的代价:器件体积增大、整体重量上升、功耗显著攀升。

这些负面影响与"轻量化、智能化、低成本"的未来航天系统发展趋势相悖。

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。

复旦大学周鹏-马顺利团队从粒子辐射损伤的物理机制出发,深入研究原子层级材料的辐射免疫特性,成功研制了"青鸟"原子层半导体抗辐射射频通信系统。

该系统创新性地利用原子层材料的独特物理特性,在保证抗辐射能力的同时,实现了器件的小型化和低功耗设计。

这一创新开辟了"原子层半导体太空电子学"的全新领域,代表了太空电子器件发展的新方向。

为验证"青鸟"系统在真实宇宙环境中的性能,研究团队依托2024年9月24日发射的"复旦一号"卫星平台,在国际上首次实现了该系统的在轨验证。

在验证过程中,研究团队将复旦大学校歌的原始手稿照片存入系统存储器,通过"青鸟"系统完成了太空星内通信传输,最后经卫星天线发射并返回地面站解码。

结果表明,校歌信号复原准确无误,充分证明了系统在真实宇宙辐射环境下的长期工作稳定性与可靠性。

这一创意设计既是对1970年4月24日发射的东方红一号的致敬,也是对中国航天事业发展的生动诠释。

"青鸟"系统的成功在轨验证具有重要的现实意义。

它标志着人类向构建高可靠、轻量化太空电子系统迈出了关键一步,为下一代卫星互联网、深空探测任务和地外基地建设提供了新的技术支撑。

相比传统方案,该系统在保证抗辐射性能的前提下,大幅降低了器件体积和功耗,这对于提高航天器的续航能力、扩展任务范围具有重要意义。

展望未来,基于原子层半导体的抗辐射电子技术将成为全球学术界和产业界的重点关注领域。

这一技术突破不仅为中国空间电子器件带来跨越式发展机遇,也将推动国际太空探索事业向更深更远的方向发展。

随着该技术的进一步完善和应用推广,原子层半导体材料在航天领域的应用前景将更加广阔,有望在支撑新一代航天任务中发挥越来越重要的作用。

"青鸟"系统的成功研制,是我国科技工作者坚持自主创新、勇攀科技高峰的生动写照。

从东方红一号到"复旦一号",从传统电子技术到原子层半导体,中国航天科技正在实现从跟跑、并跑到领跑的历史性跨越。

展望未来,随着更多原创性、引领性科技成果的涌现,中国必将为人类探索浩瀚宇宙作出更大贡献。