超長壽命！超低功耗！復旦大學科研團隊研製「太空輻射免疫」系統

（來源：上觀新聞）

復旦大學在原子層半導體太空電子學領域獲里程碑式突破，為人類探索浩瀚宇宙征途邁出重要一步。復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室、集成電路與微納電子創新學院周鵬-馬順利團隊，研製「青鳥」原子層半導體抗輻射射頻通信系統，依託「復旦一號（瀾湄未來星）」衞星平臺，在國際上首次實現基於二維電子器件與系統的在軌驗證。「超長壽命」與「超低功耗」兩大核心優勢奠定二維電子系統在深空探測、高軌衞星、星際通信等前沿空間任務中的獨特競爭力。

這一突破填補了二維電子器件太空在軌驗證的空白，開闢了「原子層半導體太空電子學」的創新領域，助力我國空間電子器件跨越式發展。北京時間2026年1月29日，相關成果以《面向星載通信的原子層級抗輻射射頻系統》為題發表於《自然》（Nature）主刊。

認識宇宙，是人類文明亙古不變的追求。近年來，人類太空探索不斷刷新邊界，其中，高性能通信系統始終是太空任務的「關鍵紐帶」。浩瀚宇宙的探索之路並非坦途，高能粒子、宇宙射線等空間輻射無處不在，極易引發電子器件性能退化甚至災難性故障，嚴重威脅航天器在軌壽命。更棘手的是，一旦電子系統在太空中失效，幾乎無法維修。當前主流的抗輻射方案——如增加屏蔽層或採用冗余加固電路——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，與未來航天系統「輕量化、智能化、低成本」的發展趨勢背道而馳。

在此背景下，發展兼具小尺寸、超低功耗與本徵抗輻射能力的新一代半導體器件與系統，已成為突破空間電子技術瓶頸的關鍵突破口。突破空間電子技術瓶頸，研發新一代抗輻射電子系統，將為我國加速建設航天強國提供堅實支撐。

復旦大學周鵬-馬順利團隊基於對粒子輻射效應的理論推導，發現原子層級薄的材料在理論上會積累最小的輻射誘導損傷，進而達成「空間輻射免疫」。由此，原子層級二維材料具備天然的抗輻射優勢，使其有望成為構建下一代空間電子系統的理想候選。

團隊依託2024年9月24日發射的「復旦一號（瀾湄未來星）」衞星平臺，在國際上首次實現基於原子層半導體的抗輻射射頻通信系統（「青鳥」系統）的在軌驗證，直接揭示了該系統在真實宇宙輻射環境下的長期工作穩定性與可靠性。同時，「青鳥」系統向1970年4月24日發射的東方紅1號致敬，完成了以「復旦大學校歌」為信號載體的太空通信傳輸。同時，研究團隊從粒子輻射損傷的物理機制出發，揭示了原子層級材料的輻射免疫機制，不僅填補了二維電子器件空間在軌驗證的空白，更開闢了「原子層半導體太空電子學」的創新領域。

研究團隊基於成熟的晶圓級二維工藝，設計並製備了4英寸基於單層二硫化鉬（MoS2）的抗輻射集成射頻（12~18 GHz）發射機-接收機系統，能夠應用於星載通信。在軌實驗中，該「青鳥」二維射頻通信系統搭載「復旦一號（瀾湄未來星）」衞星成功發射到距地球約517公里的低地球軌道（LEO）。值得注意的是，團隊將「復旦大學校歌」的原始手稿照片存入「青鳥」系統的存儲器中，並完成了以「復旦大學校歌」為信號載體的太空星內通信傳輸，最后經衞星天線發射並返回地面站解碼后，「復旦大學校歌」信號復原準確無誤。此外，「青鳥」系統在軌運行9個月后，傳輸數據的誤碼率仍低於10-8，展現了其優異的抗輻射性和長期穩定性。

4英寸原子層半導體抗輻射射頻通信芯片

即使在輻射環境更為惡劣的地球同步軌道（GEO）上，該二維星載通信系統的理論在軌壽命預計可達271年，較傳統硅基系統提升兩個數量級。與此同時，面對太空任務中能源極度受限的現實挑戰——尤其是依賴太陽能或有限星載電池的場景——能效成為決定系統可持續運行的關鍵。本系統發射機-接收機鏈路的功耗不足傳統硅基射頻系統的五分之一，顯著降低了對星上能源的需求，確保在嚴苛功率預算下仍能維持高性能通信。這兩項核心優勢——超長壽命與超低功耗——共同奠定了二維電子系統在深空探測、高軌衞星、星際通信等前沿空間任務中的獨特競爭力。

基於原子層半導體的衞星通信系統成功完成在軌驗證，為原子層半導體太空電子學開闢了一個具有獨特應用潛力的方向。這一突破不僅標誌着人類向構建高可靠、輕量化太空電子系統邁出關鍵一步，更有望成為二維材料從實驗室走向航天高價值應用的「催化劑」。展望未來，基於原子層半導體的抗輻射電子技術或將引領二維電子學實現產業化躍遷，在支撐下一代衞星互聯網、深空探測乃至地外基地建設的同時，持續吸引全球學術界與產業界的深度佈局，加速二維材料走向「工程現實」，有望為我國空間電子器件帶來跨越式發展。

原標題：《超長壽命！超低功耗！復旦大學科研團隊研製「太空輻射免疫」系統》

欄目編輯：郜陽

來源：作者：新民晚報 張炯強