微波接收機是應(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。目前中國研制的所有衛(wèi)星、飛船和探測器都要使用微波接收機。衛(wèi)星接收到的所有微波信號都要通過微波接收機進行變頻、濾波、轉(zhuǎn)發(fā)、放大，最終通過衛(wèi)星天線進行信號傳輸。
2013年5月4日，“實現(xiàn)中國夢、青春勇?lián)敗比珖拔逅摹敝黝}團日活動在五院舉行，空間技術(shù)成就展同步展出。西安分院研制的小型化ku頻段微波接收機在其中展出，是五院技術(shù)創(chuàng)新實力和國產(chǎn)化能力的一個典型代表。
2023年，經(jīng)過十年的技術(shù)發(fā)展，小型化微波接收機發(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，我們走進了小型化微波接收機的“娘家”——中國空間技術(shù)研究院西安分院微波所。
小型化微波接收機的國產(chǎn)化之路
“小型化Ku頻段微波接收機是西安分院研制的第三代微波接收機產(chǎn)品，當時的產(chǎn)品性能指標處在國內(nèi)領(lǐng)先，與國外同類產(chǎn)品仍存在差距�！弊鳛榈谌⌒突⒉ń邮諜C研制負責人，西安分院微波所副所長張波如此回憶道。
經(jīng)過第一代、第二代微波接收機的開發(fā)迭代，西安分院航天人開展了推動第三代小型化微波接收機在軌應(yīng)用的艱難探索。研制團隊一方面苦苦鉆研小型化微波接收機的技術(shù)標準，形成行業(yè)規(guī)范，同時落實集團公司和五院相關(guān)應(yīng)用標準來規(guī)范產(chǎn)品的研制。另一方面，開展包括加速壽命、輻照、極限壽命等在內(nèi)的小型化微波接收機的地面應(yīng)用驗證，通過一整套的方法來提升小型化微波接收機研制的可靠性。
隨著產(chǎn)品可靠性的提升，小型化微波接收機開始陸續(xù)在中國研制的玻利維亞衛(wèi)星、阿爾及利亞衛(wèi)星以及中星20號衛(wèi)星后續(xù)星上使用。從備份使用到主份使用，小型化微波接收機結(jié)束了需要引進的歷史，迎來了國產(chǎn)化、規(guī)�；瘧�(yīng)用的春天。
小型化微波接收機的技術(shù)升級之路
如果說第三代小型化微波接收機實現(xiàn)了從無到有的突破，那么從第三代微波接收機到第四代微波接收機的升級則是涅槃重生、自我蛻變的過程，自主創(chuàng)新之路充滿了荊棘與光榮。
“當時是在嫦娥五號探測器的研制過程中，由于探測器本身對于重量、體積和功耗的嚴苛要求，我們轉(zhuǎn)變思路，研制符合探測器應(yīng)用需求的小型化微波接收機�！碧崞鸬谒拇⒉ń邮諜C的研制過程，西安分院微波所有源部件事業(yè)部主任徐輝記憶猶新。當時在五院引智項目的支持下，西安分院以任務(wù)目標為牽引，在對重量有極致要求的情況下，開發(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)先進性、體積、重量、功耗等指標上實現(xiàn)了質(zhì)的提升。第三代微波接收機在五院展出的五年后，2018年，第四代微波接收機應(yīng)運而生，全新一代的小型化微波接收機實現(xiàn)了脫胎換骨式的跨越。
第四代微波接收機無論是從產(chǎn)品的規(guī)格、核心技術(shù)指標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看，第三代微波接收機的重量在1千克左右，而第四代微波接收機的重量只有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)指標上看，第四代小型化微波接收機實現(xiàn)了飛速提升，達到國際領(lǐng)先水平，實現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。
“第四代微波接收機研制采用了一體化設(shè)計思路，實現(xiàn)了架構(gòu)化、芯片化、智造化�！毙燧x介紹說。第四代微波接收機由射頻鏈路、頻率源、晶振、電源四個芯片化模塊組成。瞄準“一次設(shè)計，多次復用”的原則，在產(chǎn)品的設(shè)計上構(gòu)建了“基板+金屬殼+器件”的一體化成形思路。對于滿足不同衛(wèi)星應(yīng)用的小型化微波接收機，他們的研制模式是統(tǒng)一的，甚至是整機外殼都是一樣的，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，進而實現(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，引入了國內(nèi)先進的智能化制造模式，在多芯片模塊(MCM)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了智能化批量化的研制，產(chǎn)能也實現(xiàn)了大幅提升。2013年，西安分院年產(chǎn)小型化微波接收機數(shù)量30臺左右，到2023年初，西安分院小型化微波接收機產(chǎn)品的年產(chǎn)能達到1500臺左右。十年間，西安分院小型化微波接收機的產(chǎn)量提升了近50倍，并且經(jīng)過努力這一產(chǎn)量在2023年底將再次翻倍增長。
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研制團隊面向“高質(zhì)量、高效率、高效益”發(fā)展的持續(xù)探索。團隊一方面注重高技術(shù)能力的培養(yǎng)和實現(xiàn)，在產(chǎn)品設(shè)計和仿真驗證上持續(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研制過程中，我們引入了集成化的研制模式，入所2-3年的設(shè)計師就可以從事正樣產(chǎn)品的設(shè)計任務(wù)。”徐輝介紹說，“這樣不僅減少了研制過程對物料、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)濟一體化程度。這也是在小型化微波接收機需求量持續(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。
小型化微波接收機托舉大國重器
2023年2月，中國首個超100Gbps的高通量衛(wèi)星中星26號衛(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余臺小型化微波接收機。隨著衛(wèi)星應(yīng)用功能越來越強大，對小型化微波接收機研制提出了更高的要求，對小型化微波接收機的需求量也有了數(shù)量級的攀升。
無論是在高通量衛(wèi)星中實現(xiàn)大容量通信，還是在北斗全球衛(wèi)星導航系統(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”，再或是為月球探測的輕盈落月和交會對接任務(wù)實現(xiàn)信號傳輸，小型化微波接收機在中國重大航天工程任務(wù)的實施中屢建新功。
以北斗三號衛(wèi)星小型化微波接收機研制為例，西安分院為23顆衛(wèi)星研制的小型化微波接收機整機產(chǎn)品元器件實現(xiàn)了100%國產(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臺微波接收機來計算，西安分院為實現(xiàn)全球組網(wǎng)的北斗三號衛(wèi)星提供了200余臺小型化微波接收機，有力支撐了中國北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設(shè)。
在滿足中國航天事業(yè)發(fā)展需求的同時，西安分院也積極推動小型化微波接收機的出口。十年間，西安分院出口的小型化微波接收機近200臺。從需要引進國外產(chǎn)品到遠銷海外，小型化微波接收機以良好的性能和價格在國際宇航市場的競爭中占據(jù)了一席之地，得到了國際同行的贊譽和高度認可。
面對新的國內(nèi)國際市場需求，西安分院已提前開展第五代小型化微波接收機的技術(shù)攻關(guān)和工程化應(yīng)用，小型化微波接收機的應(yīng)用將更加廣泛，需求量將更加旺盛�！暗谖宕⒉ń邮諜C研制要實現(xiàn)的目標，就是將目前的整機產(chǎn)品集成到一個多芯片模塊上，通過一個芯片實現(xiàn)原有四個芯片的功能。”張波介紹說。
在托舉一顆顆璀璨明星進入太空的同時，西安分院也涌現(xiàn)出了一大批從事小型化微波接收機產(chǎn)品設(shè)計的青年技術(shù)骨干，培養(yǎng)和鍛造了一支優(yōu)秀的工程化研制隊伍。當前，西安分院小型化微波接收機研制團隊仍然以35歲以下的年輕人為主力，青年科技人才成為推動小型化微波接收機技術(shù)再上臺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十年的發(fā)展歷程，是中國航天事業(yè)堅持高水平科技自立自強的縮影和典范。十年間，西安分院小型化微波接收機研制團隊既有“板凳要坐十年冷”的無私奉獻，也有“百戰(zhàn)歸來再讀書”的謙虛謹慎，更彰顯了“一張藍圖繪到底”的接續(xù)奮斗。(中國空間技術(shù)研究院西安分院)
責任編輯：楊英琦
