卫星不再需要背那些沉重的屏蔽装置了,而是直接用本身就耐辐射的电路来干活

虽然大家都知道太空环境对电路特别不友好,高能粒子会把精密的电子元件慢慢侵蚀掉,导致航天器的寿命缩短,但目前普遍的办法就是给脆弱的地方套上一层厚厚的防护壳,虽然能保护设备,却会增加重量和体积。最近复旦大学的研究团队在《自然》杂志上发了一篇论文,他们展示了一种不一样的解决办法,让人看到了抗辐射电路的新希望。他们利用二硫化钼(MoS₂)这种材料制作出了只有0.7纳米厚的薄膜,这么薄的尺度下已经很难有辐射粒子能攻破它了。 这层超薄的MoS₂薄膜被铺设在一块4英寸大的晶圆上,上面再加上HfO₂(二氧化铪)作为绝缘层来控制电场,最后做成了晶体管的结构。研究人员把这些晶体管连接起来,弄成了一个能在12到18吉赫频率范围内工作的无线(RF)通信系统。为了验证这个设计的可靠性,他们先用强烈的伽马射线轰击电路来模拟太空环境,然后用电子显微镜去看结构有没有损坏,再用拉曼光谱去检查化学成分有没有变化。结果发现无论是结构还是化学性质都没有明显的退化现象。 在通电测试中,这个电路的开关比很高,泄漏电流很小,消耗的电能也少,完全符合航天器的要求。后来他们真的把这个系统送上了太空轨道。大约517公里高的低地球轨道上运行了九个月以后,研究人员发现电路的比特错误率(BER)一直保持在10的负8次方以下。这种表现甚至比地面千兆网(10⁻¹⁰)、光缆通信(优于10⁻⁹)以及量子保密通信(低于10⁻⁶)还要出色。 结合轨道上收集到的数据和环境模型来估算,这种电路在地球同步轨道上大概可以存活271年之久。虽然现在展示的只是通信模块,但如果以后处理器、存储器和电源这些部件都用这种原子级设计来做的话,整个航天器的设计思路都得变。卫星不再需要背那些沉重的屏蔽装置了,而是直接用本身就耐辐射的电路来干活。这会让航天器变得更轻更省电,多出来的载重空间可以用来装更多的科学仪器。不仅如此,卫星、深空探测器甚至远地轨道通信平台的使用寿命都能大大延长。