研制“太空辐射免疫”系统 助力延长航天器在轨寿命

复旦大学在原子层半导体太空电子学领域获里程碑式突破。复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院周鹏-马顺利团队，研制“青鸟”原子层半导体抗辐射射频通信系统，依托“复旦一号（澜湄未来星）”卫星平台，在国际上首次实现基于二维电子器件与系统的在轨验证。“超长寿命”与“超低功耗”两大核心优势奠定二维电子系统在深空探测、高轨卫星、星际通信等前沿空间任务中的独特竞争力。

这一突破填补了二维电子器件太空在轨验证的空白，开辟了原子层半导体太空电子学的创新领域，助力我国空间电子器件跨越式发展，为人类探索浩瀚宇宙征途迈出重要一步。北京时间2026年1月29日相关成果以《面向星载通信的原子层级抗辐射射频系统》为题发表于《自然》（Nature）主刊。

近年来，人类太空探索不断刷新边界，其中，高性能通信系统始终是太空任务的“关键纽带”。浩瀚宇宙的探索之路并非坦途，高能粒子、宇宙射线等空间辐射无处不在，极易引发电子器件性能退化甚至灾难性故障，严重威胁航天器在轨寿命。更棘手的是，一旦电子系统在太空中失效，几乎无法维修。当前主流的抗辐射方案——如增加屏蔽层或采用冗余加固电路——虽能提升可靠性，却也带来了体积增大、重量上升、功耗攀升等代价，与未来航天系统“轻量化、智能化、低成本”的发展趋势背道而驰。

在此背景下，发展兼具小尺寸、超低功耗与本征抗辐射能力的新一代半导体器件与系统，已成为空间电子技术瓶颈的关键突破口。突破空间电子技术瓶颈，研发新一代抗辐射电子系统，将为我国加速建设航天强国提供坚实支撑。

复旦大学周鹏-马顺利团队基于对粒子辐射效应的理论推导，发现原子层级薄的材料在理论上会积累最小的辐射诱导损伤，进而达成“空间辐射免疫”。由此，原子层级二维材料具备天然的抗辐射优势，使其有望成为构建下一代空间电子系统的理想候选。

团队依托2024年9月24日发射的“复旦一号”（澜湄未来星）卫星平台，在国际上首次实现基于原子层半导体的抗辐射射频通信系统（“青鸟”系统）的在轨验证，直接揭示了该系统在真实宇宙辐射环境下的长期工作稳定性与可靠性。同时，“青鸟”系统向1970年4月24日发射的东方红1号致敬，完成了以“复旦大学校歌”为信号载体的太空通信传输。

即使在辐射环境更为恶劣的地球同步轨道（GEO）上，该二维星载通信系统的理论在轨寿命预计可达271年，较传统硅基系统提升两个数量级。本系统发射机-接收机链路的功耗不足传统硅基射频系统的五分之一，显著降低了对星上能源的需求，确保在严苛功率预算下仍能维持高性能通信。这两项核心优势——超长寿命与超低功耗，共同奠定了二维电子系统在深空探测、高轨卫星、星际通信等前沿空间任务中的独特竞争力。

展望未来，基于原子层半导体的抗辐射电子技术或将引领二维电子学实现产业化跃迁，在支撑下一代卫星互联网、深空探测乃至地外基地建设的同时，持续吸引全球学术界与产业界的深度布局，加速二维材料走向“工程现实”，有望为我国空间电子器件带来跨越式发展。

本报记者 张炯强