一片厚度仅0.68纳米的芯片，正悄然改写人类太空探索的历史

一片厚度仅0.68纳米的芯片，正悄然改写人类太空探索的历史

2024年9月，一颗名为“复旦一号”的卫星从山东发射升空，其载荷中藏着一项革命性技术——原子层半导体射频通信系统“青鸟”。

9个月后，地面站从太空接收到清晰的“复旦大学校歌”信号，验证了这套系统在极端辐射环境下的稳定性。这片比蝉翼薄数十万倍的芯片，理论寿命可达271年，功耗不足传统系统的五分之一，重量减轻约90%。

太空辐射：航天器的“隐形杀手”

太空中的高能粒子和宇宙射线如同无形子弹，持续撞击卫星电子器件。传统硅基芯片在辐射下易出现数据错误或结构损伤，导致卫星提前失效。目前多数卫星设计寿命仅3-7年，辐射是主要制约因素。

为应对这一问题，以往方案要么增加冗余部件，要么加装厚重金属防护层。这些方法虽能提升可靠性，却大幅增加卫星重量和功耗。航天发射中每公斤载荷成本高达数万元，此类设计显然难以持续。

颠覆性思路：让辐射“穿堂而过”

复旦大学周鹏、马顺利团队另辟蹊径，从物理机制上突破传统思路。他们发现，当材料薄至原子层级时，高能粒子会像光线穿过玻璃般直接穿透，几乎不造成损伤。团队选用二硫化钼制备出0.68纳米厚的原子层半导体，从根源上实现辐射免疫。

这种“以柔克刚”的理念，使“青鸟”系统无需冗余设计或防护层，即具备本征抗辐射能力。其功耗和重量显著降低，特别适合能源有限的太空任务。

太空验证：误差率低于一亿分之一

2024年9月，“青鸟”系统随“复旦一号”卫星进入距地球517公里的轨道。团队将复旦大学校歌手稿存入系统存储器，通过星内通信传输后返回地面。解码后的信号准确无误，在轨9个月后误码率仍低于一亿分之一。

实验表明，即便在辐射更恶劣的地球同步轨道，“青鸟”的理论寿命也可达271年，较传统系统提升百倍以上。其低功耗特性还能为卫星节省大量能源，延长任务周期。

军事与航天价值：改写游戏规则

这项技术对军事和航天领域意义深远。在高超音速武器制导、核爆后通信等极端环境下，原子层半导体能保障电子系统稳定工作。对于低轨卫星星座，其长寿命特性可大幅降低维护成本，减少太空垃圾。

此外，该技术为深空探测提供了新可能。超低功耗和轻量化设计，让长期星际任务或高轨卫星部署更加可行。

“青鸟”系统的成功，标志着中国在太空电子技术领域实现从追赶到引领的跨越。随着原子层半导体从实验室走向工程应用，未来的太空探索或将迎来更轻、更强、更持久的中国方案。