科技日报

◎ 冯妍 科技日报记者 王春

通信系统对人造卫星来说至关重要，但其平均寿命仅有数年。这是因为太空充满着宇宙射线的“枪林弹雨”，会造成通信系统使用的半导体电子器件性能损伤。

为应对这一问题，复旦大学周鹏、马顺利团队成功研发“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统（以下简称“青鸟”系统），不仅将卫星通信系统的理论在轨寿命延长到271年，也把能耗降低到传统方案的五分之一，重量更是“瘦身”到原来的十分之一左右，并有望将人造卫星的使用年限由3年左右提升至20—30年。

“青鸟”系统使用的4英寸原子层半导体抗辐射射频通信芯片。复旦大学

近期，“青鸟”系统依托“复旦一号”卫星平台进入太空，在国际上首次实现了二维电子器件与系统的“超长寿命”“超低功耗”实地在轨验证。北京时间1月29日凌晨，《自然》在线发表了该成果。

周鹏教授介绍，传统的半导体器件想要在太空中正常使用，要么增加半导体的部件，例如把原先的一个部件增加到十个，即使一个坏了，还有九个可以继续工作。要么就是给半导体加一个金属材质的保护壳，将宇宙射线的粒子尽可能挡在外面。但这两种方案都未能提升器件本身的抗辐射性能，不仅“治标不治本”，还会大幅增加重量、体积，为航天卫星“寸土寸金”且极其有限的载荷空间带来极大负担。

“青鸟”系统采用的原子层半导体巧妙地解决了这个问题。所谓原子层半导体，指的是将半导体原子在二维平面上进行排布，形成只有一个或几个原子厚度的单层膜。当宇宙射线的粒子射向这层膜时，就像光穿过一层超薄的玻璃，几乎不会影响到这层膜本身。这层只有0.68纳米厚度的膜不仅本身重量超轻，也无需增加备份部件或是厚重的防护壳，还具有高度节能的特性，为常常依赖太阳能或有限星载电池的太空任务提供更多的能源保障。

马顺利副教授介绍，通过“复旦一号”，“青鸟”系统在距地球约517公里的低地轨道上，通过了现实考验，揭示了该系统在真实宇宙辐射环境下长期工作的稳定性与可靠性。“在轨运行9个月后，传输数据的错误率仍低于一亿分之一。”马顺利说。