“青鳥”隨“復(fù)旦一號(hào)”翱翔太空

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院、集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周鵬—馬順利團(tuán)隊(duì)研制“青鳥”原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信系統(tǒng)，依托“復(fù)旦一號(hào)（瀾湄未來星）”衛(wèi)星平臺(tái)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于二維電子器件與系統(tǒng)的在軌驗(yàn)證。

據(jù)悉，這一突破填補(bǔ)了二維電子器件太空在軌驗(yàn)證的空白，開辟了“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”的創(chuàng)新領(lǐng)域，助力我國(guó)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(shí)間2026年1月29日，相關(guān)成果以《面向星載通信的原子層級(jí)抗輻射射頻系統(tǒng)》為題發(fā)表于《自然》主刊。

浩瀚宇宙的探索中，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(zāi)難性故障，嚴(yán)重威脅航天器在軌壽命。更棘手的是，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(wù)難以為繼。當(dāng)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，卻也帶來了體積增大、重量上升、功耗攀升等代價(jià)，與未來航天系統(tǒng)“輕量化、智能化、低成本”的發(fā)展趨勢(shì)背道而馳。為此，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(dǎo)體器件與系統(tǒng)，已成為突破空間電子技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵突破口。

周鵬—馬順利團(tuán)隊(duì)基于對(duì)粒子輻射效應(yīng)的理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)原子層級(jí)薄的材料在理論上會(huì)積累最小的輻射誘導(dǎo)損傷，進(jìn)而達(dá)成空間輻射免疫。由此，原子層級(jí)二維材料具備天然的抗輻射優(yōu)勢(shì)，使其有望成為構(gòu)建下一代空間電子系統(tǒng)的理想候選。然而，迄今為止，關(guān)于二維材料和器件的輻射效應(yīng)的研究主要局限于仿真計(jì)算和地面實(shí)驗(yàn)，無法完全模擬真實(shí)太空中的復(fù)雜輻射場(chǎng)。尚無任何二維電子系統(tǒng)在軌運(yùn)行的實(shí)證數(shù)據(jù)，這嚴(yán)重制約了其從實(shí)驗(yàn)室走向航天應(yīng)用的進(jìn)程。

團(tuán)隊(duì)依托2024年9月24日發(fā)射的“復(fù)旦一號(hào)（瀾湄未來星）”衛(wèi)星平臺(tái)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于原子層半導(dǎo)體的抗輻射射頻通信系統(tǒng)（“青鳥”系統(tǒng)）的在軌驗(yàn)證，直接揭示了該系統(tǒng)在真實(shí)宇宙輻射環(huán)境下的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性與可靠性。同時(shí)，“青鳥”系統(tǒng)向1970年4月24日發(fā)射的東方紅1號(hào)致敬，完成了以“復(fù)旦大學(xué)校歌”為信號(hào)的太空通信傳輸。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)從粒子輻射損傷的物理機(jī)制出發(fā)，揭示了原子層級(jí)材料的輻射免疫機(jī)制，不僅填補(bǔ)了二維電子器件空間在軌驗(yàn)證的空白，更開辟了“原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)”的創(chuàng)新領(lǐng)域。

“超長(zhǎng)壽命”與“超低功耗”兩大核心優(yōu)勢(shì)，奠定了二維電子系統(tǒng)在深空探測(cè)、高軌衛(wèi)星、星際通信等前沿空間任務(wù)中的獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)力。基于原子層半導(dǎo)體的衛(wèi)星通信系統(tǒng)成功完成在軌驗(yàn)證，為原子層半導(dǎo)體太空電子學(xué)開辟了一個(gè)具有獨(dú)特應(yīng)用潛力的方向。這一突破不僅標(biāo)志著人類向構(gòu)建高可靠、輕量化太空電子系統(tǒng)邁出關(guān)鍵一步，更有望成為二維材料從實(shí)驗(yàn)室走向航天高價(jià)值應(yīng)用的“催化劑”。

展望未來，基于原子層半導(dǎo)體的抗輻射電子技術(shù)或?qū)⒁I(lǐng)二維電子學(xué)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化躍遷，在支撐下一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、深空探測(cè)乃至地外基地建設(shè)的同時(shí)，持續(xù)吸引全球?qū)W術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的深度布局，加速二維材料走向“工程現(xiàn)實(shí)”，有望為我國(guó)空間電子器件帶來跨越式發(fā)展。