中新網(wǎng)上海1月29日電 (記者 陳靜)復旦大學集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室集成電路與微納電子創(chuàng)新學院周鵬-馬順利團隊成功研制“青鳥”原子層半導體抗輻射射頻通信系統(tǒng)(簡稱：青鳥系統(tǒng))，在國際上首次實現(xiàn)在軌驗證。

　　這一突破開辟了“原子層半導體太空電子學”的創(chuàng)新領域，助力中國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。北京時間1月29日，相關成果以《面向星載通信的原子層級抗輻射射頻系統(tǒng)》為題發(fā)表于《自然》(Nature)主刊。

　　近年來，人類太空探索不斷刷新邊界，從“天問一號”探測器的火星探索到新一代全球通信網(wǎng)絡衛(wèi)星星座的編織，高性能通信系統(tǒng)始終是太空任務的“關鍵紐帶”。

　　然而，在浩瀚宇宙中，高能粒子、宇宙射線等空間輻射無處不在，極易引發(fā)電子器件性能退化甚至災難性故障，嚴重威脅航天器在軌壽命。一旦電子系統(tǒng)在太空中失效，幾乎無法維修，高昂的替換成本往往令任務難以為繼。

　　據(jù)介紹，“輕量化、智能化、低成本”是未來航天系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。當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，但帶來了體積增大、重量上升、功耗攀升等代價。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體器件與系統(tǒng)，已成為突破空間電子技術(shù)瓶頸的關鍵突破口。

　　周鵬-馬順利團隊依托2024年9月24日發(fā)射的“復旦一號(瀾湄未來星)”衛(wèi)星平臺，在國際上首次實現(xiàn)基于“青鳥”系統(tǒng)的在軌驗證，揭示了該系統(tǒng)在真實宇宙輻射環(huán)境下的長期工作穩(wěn)定性與可靠性。“青鳥”系統(tǒng)向1970年4月24日發(fā)射的東方紅1號致敬，完成了以“復旦大學校歌”為信號的太空通信傳輸。

　　據(jù)了解，研究團隊將“復旦大學校歌”的原始手稿照片存入“青鳥”系統(tǒng)的存儲器中，完成了以“復旦大學校歌”為信號的太空星內(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，“復旦大學校歌”信號復原準確無誤。

　　周鵬教授告訴記者，“青鳥”系統(tǒng)在軌運行9個月后，傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率仍低于10的負8次方，展現(xiàn)了優(yōu)異的抗輻射性和長期穩(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)在軌壽命預計可達271年，較傳統(tǒng)硅基系統(tǒng)提升兩個數(shù)量級。該系統(tǒng)發(fā)射機-接收機鏈路的功耗不足傳統(tǒng)硅基射頻系統(tǒng)的五分之一，顯著降低了對星上能源的需求。

　　研究團隊從粒子輻射損傷的物理機制出發(fā)，揭示了原子層級材料的輻射免疫機制；開辟了“原子層半導體太空電子學”的創(chuàng)新領域。基于“青鳥”系統(tǒng)完成的在軌驗證，為原子層半導體太空電子學開辟了一個具有獨特應用潛力的方向。這一突破標志著人類向構(gòu)建高可靠、輕量化太空電子系統(tǒng)邁出關鍵一步。

　　展望未來，基于原子層半導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)、深空探測乃至地外基地建設的同時，持續(xù)吸引全球?qū)W術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的深度布局，為中國空間電子器件帶來跨越式發(fā)展。

　　據(jù)悉，周鵬-馬順利團隊的研究工作依托復旦大學“復旦一號(瀾湄未來星)”衛(wèi)星平臺開展，得到科技部、教育部、國家自然科學基金委、上海市科委、科學探索獎等項目的資助以及教育部創(chuàng)新平臺的支持。(完)