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科技自強(qiáng)自立 小型化微波接收機(jī)的國(guó)產(chǎn)化與升級(jí)之路
2023年05月03日 11:38 中新網(wǎng)陜西

  微波接收機(jī)是應(yīng)用廣泛的衛(wèi)星通用產(chǎn)品,在衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)中占據(jù)舉足輕重的作用。目前中國(guó)研制的所有衛(wèi)星、飛船和探測(cè)器都要使用微波接收機(jī)。衛(wèi)星接收到的所有微波信號(hào)都要通過(guò)微波接收機(jī)進(jìn)行變頻、濾波、轉(zhuǎn)發(fā)、放大,最終通過(guò)衛(wèi)星天線進(jìn)行信號(hào)傳輸。

  2013年5月4日,“實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)、青春勇?lián)?dāng)”全國(guó)“五四”主題團(tuán)日活動(dòng)在五院舉行,空間技術(shù)成就展同步展出。西安分院研制的小型化ku頻段微波接收機(jī)在其中展出,是五院技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力和國(guó)產(chǎn)化能力的一個(gè)典型代表。

  2023年,經(jīng)過(guò)十年的技術(shù)發(fā)展,小型化微波接收機(jī)發(fā)展得怎么樣?在技術(shù)性能上有哪些新的提升?應(yīng)用情況怎樣?帶著這些疑問(wèn),我們走進(jìn)了小型化微波接收機(jī)的“娘家”——中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院微波所。

  小型化微波接收機(jī)的國(guó)產(chǎn)化之路

  “小型化Ku頻段微波接收機(jī)是西安分院研制的第三代微波接收機(jī)產(chǎn)品,當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品性能指標(biāo)處在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,與國(guó)外同類產(chǎn)品仍存在差距!弊鳛榈谌⌒突⒉ń邮諜C(jī)研制負(fù)責(zé)人,西安分院微波所副所長(zhǎng)張波如此回憶道。

中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 供圖
中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 供圖

  經(jīng)過(guò)第一代、第二代微波接收機(jī)的開(kāi)發(fā)迭代,西安分院航天人開(kāi)展了推動(dòng)第三代小型化微波接收機(jī)在軌應(yīng)用的艱難探索。研制團(tuán)隊(duì)一方面苦苦鉆研小型化微波接收機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),形成行業(yè)規(guī)范,同時(shí)落實(shí)集團(tuán)公司和五院相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范產(chǎn)品的研制。另一方面,開(kāi)展包括加速壽命、輻照、極限壽命等在內(nèi)的小型化微波接收機(jī)的地面應(yīng)用驗(yàn)證,通過(guò)一整套的方法來(lái)提升小型化微波接收機(jī)研制的可靠性。

  隨著產(chǎn)品可靠性的提升,小型化微波接收機(jī)開(kāi)始陸續(xù)在中國(guó)研制的玻利維亞衛(wèi)星、阿爾及利亞衛(wèi)星以及中星20號(hào)衛(wèi)星后續(xù)星上使用。從備份使用到主份使用,小型化微波接收機(jī)結(jié)束了需要引進(jìn)的歷史,迎來(lái)了國(guó)產(chǎn)化、規(guī);瘧(yīng)用的春天。

  小型化微波接收機(jī)的技術(shù)升級(jí)之路

  如果說(shuō)第三代小型化微波接收機(jī)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的突破,那么從第三代微波接收機(jī)到第四代微波接收機(jī)的升級(jí)則是涅槃重生、自我蛻變的過(guò)程,自主創(chuàng)新之路充滿了荊棘與光榮。

  “當(dāng)時(shí)是在嫦娥五號(hào)探測(cè)器的研制過(guò)程中,由于探測(cè)器本身對(duì)于重量、體積和功耗的嚴(yán)苛要求,我們轉(zhuǎn)變思路,研制符合探測(cè)器應(yīng)用需求的小型化微波接收機(jī)!碧崞鸬谒拇⒉ń邮諜C(jī)的研制過(guò)程,西安分院微波所有源部件事業(yè)部主任徐輝記憶猶新。當(dāng)時(shí)在五院引智項(xiàng)目的支持下,西安分院以任務(wù)目標(biāo)為牽引,在對(duì)重量有極致要求的情況下,開(kāi)發(fā)了小型化通道和頻率源等核心功能模塊。最終,在產(chǎn)品構(gòu)成、技術(shù)先進(jìn)性、體積、重量、功耗等指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的提升。第三代微波接收機(jī)在五院展出的五年后,2018年,第四代微波接收機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,全新一代的小型化微波接收機(jī)實(shí)現(xiàn)了脫胎換骨式的跨越。

中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 供圖
中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 供圖

  第四代微波接收機(jī)無(wú)論是從產(chǎn)品的規(guī)格、核心技術(shù)指標(biāo)還是研制流程上都有了跨越式的提升。從產(chǎn)品重量和體積等上來(lái)看,第三代微波接收機(jī)的重量在1千克左右,而第四代微波接收機(jī)的重量只有0.3千克左右,減重約三分之二,體積也縮小了五分之二。從技術(shù)指標(biāo)上看,第四代小型化微波接收機(jī)實(shí)現(xiàn)了飛速提升,達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,實(shí)現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。

  “第四代微波接收機(jī)研制采用了一體化設(shè)計(jì)思路,實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)化、芯片化、智造化!毙燧x介紹說(shuō)。第四代微波接收機(jī)由射頻鏈路、頻率源、晶振、電源四個(gè)芯片化模塊組成。瞄準(zhǔn)“一次設(shè)計(jì),多次復(fù)用”的原則,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上構(gòu)建了“基板+金屬殼+器件”的一體化成形思路。對(duì)于滿足不同衛(wèi)星應(yīng)用的小型化微波接收機(jī),他們的研制模式是統(tǒng)一的,甚至是整機(jī)外殼都是一樣的,不同的是內(nèi)部使用的芯片化模塊,根據(jù)不同衛(wèi)星的需求更換元器件及芯片化模塊,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的功能。

  面向智能化和批量化研制的需要,西安分院建立了低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)生產(chǎn)線,引入了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的智能化制造模式,在多芯片模塊(MCM)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了智能化批量化的研制,產(chǎn)能也實(shí)現(xiàn)了大幅提升。2013年,西安分院年產(chǎn)小型化微波接收機(jī)數(shù)量30臺(tái)左右,到2023年初,西安分院小型化微波接收機(jī)產(chǎn)品的年產(chǎn)能達(dá)到1500臺(tái)左右。十年間,西安分院小型化微波接收機(jī)的產(chǎn)量提升了近50倍,并且經(jīng)過(guò)努力這一產(chǎn)量在2023年底將再次翻倍增長(zhǎng)。

  在智能化制造和批量化研制的背后,是西安分院小型化微波接收機(jī)研制團(tuán)隊(duì)面向“高質(zhì)量、高效率、高效益”發(fā)展的持續(xù)探索。團(tuán)隊(duì)一方面注重高技術(shù)能力的培養(yǎng)和實(shí)現(xiàn),在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證上持續(xù)發(fā)力,另一方面創(chuàng)新研制模式,大幅提高了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性和研制效率。

  “在第四代微波接收機(jī)研制過(guò)程中,我們引入了集成化的研制模式,入所2-3年的設(shè)計(jì)師就可以從事正樣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)。”徐輝介紹說(shuō),“這樣不僅減少了研制過(guò)程對(duì)物料、人員、儀器設(shè)備的依賴度,而且提升了人均的產(chǎn)出能力,降低了研制成本!苯y(tǒng)籌發(fā)揮人才的第一資源作用,大力提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化程度。這也是在小型化微波接收機(jī)需求量持續(xù)攀升的情況下,西安分院依然能夠勝任研制任務(wù)的重要經(jīng)驗(yàn)。

  小型化微波接收機(jī)托舉大國(guó)重器

  2023年2月,中國(guó)首個(gè)超100Gbps的高通量衛(wèi)星中星26號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射。在這顆衛(wèi)星上應(yīng)用了西安分院研制的70余臺(tái)小型化微波接收機(jī)。隨著衛(wèi)星應(yīng)用功能越來(lái)越強(qiáng)大,對(duì)小型化微波接收機(jī)研制提出了更高的要求,對(duì)小型化微波接收機(jī)的需求量也有了數(shù)量級(jí)的攀升。

  無(wú)論是在高通量衛(wèi)星中實(shí)現(xiàn)大容量通信,還是在北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的規(guī)模應(yīng)用,亦或是為載人航天工程任務(wù)搭建“太空天路”,再或是為月球探測(cè)的輕盈落月和交會(huì)對(duì)接任務(wù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸,小型化微波接收機(jī)在中國(guó)重大航天工程任務(wù)的實(shí)施中屢建新功。

中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 供圖
中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 供圖

  以北斗三號(hào)衛(wèi)星小型化微波接收機(jī)研制為例,西安分院為23顆衛(wèi)星研制的小型化微波接收機(jī)整機(jī)產(chǎn)品元器件實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化且滿足了批量化研制的要求。按照一顆衛(wèi)星應(yīng)用10臺(tái)微波接收機(jī)來(lái)計(jì)算,西安分院為實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)的北斗三號(hào)衛(wèi)星提供了200余臺(tái)小型化微波接收機(jī),有力支撐了中國(guó)北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)。

  在滿足中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展需求的同時(shí),西安分院也積極推動(dòng)小型化微波接收機(jī)的出口。十年間,西安分院出口的小型化微波接收機(jī)近200臺(tái)。從需要引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品到遠(yuǎn)銷海外,小型化微波接收機(jī)以良好的性能和價(jià)格在國(guó)際宇航市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了一席之地,得到了國(guó)際同行的贊譽(yù)和高度認(rèn)可。

  面對(duì)新的國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)需求,西安分院已提前開(kāi)展第五代小型化微波接收機(jī)的技術(shù)攻關(guān)和工程化應(yīng)用,小型化微波接收機(jī)的應(yīng)用將更加廣泛,需求量將更加旺盛!暗谖宕⒉ń邮諜C(jī)研制要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),就是將目前的整機(jī)產(chǎn)品集成到一個(gè)多芯片模塊上,通過(guò)一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)原有四個(gè)芯片的功能。”張波介紹說(shuō)。

  在托舉一顆顆璀璨明星進(jìn)入太空的同時(shí),西安分院也涌現(xiàn)出了一大批從事小型化微波接收機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的青年技術(shù)骨干,培養(yǎng)和鍛造了一支優(yōu)秀的工程化研制隊(duì)伍。當(dāng)前,西安分院小型化微波接收機(jī)研制團(tuán)隊(duì)仍然以35歲以下的年輕人為主力,青年科技人才成為推動(dòng)小型化微波接收機(jī)技術(shù)再上臺(tái)階且滿足工程化需求的生力軍。

  西安分院小型化微波接收機(jī)十年的發(fā)展歷程,是中國(guó)航天事業(yè)堅(jiān)持高水平科技自立自強(qiáng)的縮影和典范。十年間,西安分院小型化微波接收機(jī)研制團(tuán)隊(duì)既有“板凳要坐十年冷”的無(wú)私奉獻(xiàn),也有“百戰(zhàn)歸來(lái)再讀書(shū)”的謙虛謹(jǐn)慎,更彰顯了“一張藍(lán)圖繪到底”的接續(xù)奮斗。(中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院)

責(zé)任編輯:楊英琦