在人类探索宇宙的征程中,航天器电子系统的可靠性始终是制约深空探测的关键瓶颈。
宇宙空间存在的高能粒子与射线环境,会导致传统电子器件出现性能退化甚至永久损坏。
目前普遍采用的辐射防护方案虽能提升可靠性,却不可避免地带来设备体积增大、功耗上升等问题,这与现代航天器轻量化、智能化的发展需求形成突出矛盾。
针对这一世界性难题,复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室创新团队另辟蹊径,从材料科学基础理论入手开展攻关。
研究人员通过理论推导发现,原子层级二维材料因其独特的物理特性,能够有效规避辐射诱导损伤,具备天然的"空间辐射免疫"优势。
这一发现为研发新一代抗辐射电子系统提供了全新思路。
2024年9月,研究团队将这一理论转化为实际应用成果。
他们利用成熟的晶圆级二维工艺,成功研制出基于单层二硫化钼的4英寸抗辐射集成射频系统,工作频段覆盖12-18GHz。
该系统被命名为"青鸟",搭载于"复旦一号(澜湄未来星)"卫星发射升空,在距地球517公里的轨道上完成了长达9个月的在轨验证。
实验数据表明,"青鸟"系统在极端太空环境下展现出卓越性能:传输数据误码率始终低于10-8,同时保持着极低的能耗水平。
特别值得一提的是,系统成功实现了以"复旦大学校歌"为载体的太空通信传输,信号经地面站接收后复原准确无误。
这一成果不仅验证了二维半导体在太空环境中的适用性,更开创了"原子层半导体太空电子学"这一全新研究领域。
业内专家指出,该技术的突破性意义主要体现在三个方面:其一,为航天器提供了更轻便、更可靠的新型电子系统解决方案;其二,大幅降低了空间任务的维护成本和风险;其三,为我国在深空探测、高轨卫星等前沿领域的技术储备提供了重要支撑。
随着后续技术迭代,这类系统有望在星际通信、空间站建设等重大工程中发挥关键作用。
从东方红一号到复旦一号,中国航天事业的发展见证了几代科研工作者的执着追求。
复旦大学研究团队在原子层半导体太空电子学领域的突破,不仅是一项技术创新,更是人类认识和利用宇宙的又一步进展。
这项成果表明,面对太空环境的严峻挑战,我们不必被动地采用笨重的防护手段,而可以通过基础理论研究和材料创新,从根本上改变电子器件的性质。
展望未来,随着原子层材料技术的不断完善和应用范围的扩大,必将为人类探索浩瀚宇宙、建设航天强国提供源源不断的创新动力。