人造衛(wèi)星的通信系統(tǒng)長期面臨太空輻射的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)技術(shù)方案下，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的平均使用壽命僅有數(shù)年。宇宙射線如同無形的“子彈”，持續(xù)損傷半導(dǎo)體電子器件的性能，導(dǎo)致通信功能過早失效。這一難題制約著衛(wèi)星的長期穩(wěn)定運(yùn)行，也增加了航天任務(wù)的成本與風(fēng)險(xiǎn)。

針對這一困境，一支科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出名為“青鳥”的原子層半導(dǎo)體抗輻射射頻通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過創(chuàng)新材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將衛(wèi)星通信的理論在軌壽命提升至271年，能耗降至傳統(tǒng)方案的五分之一，重量減輕至原系統(tǒng)的十分之一。這一突破有望使衛(wèi)星整體使用壽命從目前的3年左右延長至20至30年，為航天領(lǐng)域帶來革命性變革。

傳統(tǒng)抗輻射技術(shù)主要依賴兩種方式：一是增加半導(dǎo)體部件數(shù)量，通過冗余設(shè)計(jì)提高容錯率；二是為器件加裝金屬防護(hù)殼，阻隔宇宙射線。然而，這些方法均未從根本上提升材料本身的抗輻射能力，反而導(dǎo)致衛(wèi)星載荷重量大幅增加，在航天器“寸土寸金”的有限空間內(nèi)，這種代價(jià)難以承受。

“青鳥”系統(tǒng)的核心創(chuàng)新在于采用原子層半導(dǎo)體技術(shù)。研究人員將半導(dǎo)體原子在二維平面上精確排列，形成僅0.68納米厚的單層膜結(jié)構(gòu)。當(dāng)宇宙射線粒子撞擊這層超薄膜時(shí)，其能量被高效分散，幾乎不會對材料性能造成損傷。這種設(shè)計(jì)既避免了厚重防護(hù)殼的使用，也無需增加冗余部件，同時(shí)顯著降低了能源消耗，為依賴太陽能或星載電池的衛(wèi)星任務(wù)提供了更持久的能源保障。

為驗(yàn)證系統(tǒng)性能，科研團(tuán)隊(duì)將其搭載于“復(fù)旦一號”衛(wèi)星平臺，在距地球約517公里的低地軌道開展了長期測試。經(jīng)過9個月的連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的錯誤率始終低于一億分之一，充分證明了其在真實(shí)太空輻射環(huán)境中的穩(wěn)定性與可靠性。這一成果近日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表，標(biāo)志著我國在航天抗輻射技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破。

該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值已得到初步驗(yàn)證。研究人員表示，原子層半導(dǎo)體的輕量化、低功耗特性，使其特別適用于對重量和能耗極為敏感的深空探測任務(wù)。未來，隨著材料制備工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，這項(xiàng)技術(shù)有望推動衛(wèi)星通信系統(tǒng)向更小型化、長壽命、高效能的方向發(fā)展，為全球航天產(chǎn)業(yè)提供新的解決方案。