复旦大学成功实现原子层半导体在轨验证 新型抗辐射系统展现太空应用前景

问题——太空电子系统面临“高辐射、难维护、重成本”的三重约束。

航天器长期运行于高能粒子、伽马射线等辐射环境中,电子器件易发生性能退化、参数漂移乃至失效。

一旦关键通信或存算单元在轨故障,维修几乎不可行,风险与成本成倍放大。

与此同时,航天任务对载荷重量、供电能力极为敏感,通信系统既要可靠,又要低功耗、轻量化,与传统方案之间的矛盾日益凸显。

原因——传统硅基器件的抗辐射路径依赖“加厚防护”和“冗余备份”。

在工程实践中,为提高可靠性,常采用金属屏蔽与多套备份器件等设计思路,通过“硬防”“多保”降低单点失效概率。

但这类方案会显著增加系统重量与功耗,进而抬高发射成本并压缩星载资源配置空间。

面向更复杂的深空任务与更高频次的卫星组网应用,若仍主要依赖加固与冗余,难以满足未来“轻量化、智能化、低成本”的总体趋势。

影响——通信链路的可靠性成为新一代航天能力的重要门槛。

通信系统既是卫星平台的“生命线”,也是遥感、导航、深空探测等任务的“数据通道”。

随着全球对轨道数据处理与分布式计算的关注升温,太空算力被视为潜在的算力供给补充形态,而其前提是具备稳定、高可靠、低功耗的数据传输与在轨运行能力。

谁能率先在“抗辐射—低功耗—小型化”之间形成可规模化的工程方案,谁就更可能在新一轮空间信息基础设施布局中占据先机。

对策——以“原子层半导体”拓展抗辐射技术路线,走“材料与器件原生抗扰”的新方向。

复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏—马顺利团队提出原子层半导体概念,并研制“青鸟”原子层半导体抗辐射通信系统。

该系统以单层二硫化钼作为核心材料,功能层厚度仅约0.7纳米,保留半导体可控开关等关键特性,同时具备极薄的结构形态。

与依赖外部屏蔽不同,这一路线强调在材料和器件层面降低辐射造成的累积损伤风险:高能粒子穿越超薄功能层时更不易形成持续性缺陷堆积,从而为长期稳定运行创造条件。

团队还将系统集成到“复旦一号(澜湄未来星)”卫星平台开展在轨检验,通过对返回信号的解码复原,实现了对系统通信功能与稳定性的工程化验证。

前景——在轨数据表明原子层器件体系具有“长寿命、低功耗、低误码”的潜力,但仍需面向规模应用完善工程验证链条。

研究团队披露,“青鸟”在轨运行一年多,表现出多项关键指标:在更高辐射条件的地球同步轨道环境下,理论寿命可达271年,较传统硅基系统提升显著;在无需厚重屏蔽与备份设计的情况下,发射机—接收机链路功耗明显降低;连续运行9个月后数据误码率仍低于10⁻⁸,显示出良好的长期稳定性。

业内人士认为,这一进展的意义不仅在于单次实验成功,更在于打开了“以超薄材料获得原生抗辐射能力”的系统化路径,为深空探测、高可靠卫星通信、在轨智能处理等任务提供新的技术选项。

下一阶段,相关技术仍需在更复杂轨道环境、更多工作模式与更长周期任务中持续验证,并推动与现有星载电子系统在接口、封装、批量制造与一致性控制等方面的工程适配,才能更快走向可部署、可复制的应用形态。

从地球到星辰大海,人类探索的脚步从未停歇。

复旦大学这项突破性研究,不仅展现了我国在尖端科技领域的创新能力,更为人类未来深空探索提供了新的技术路径。

在建设航天强国的征程上,这样的原创性成果将不断积累,推动我国在太空科技领域实现从跟跑、并跑到领跑的历史性跨越。