微系統的發展現狀及在航天領域的應用前景

摘 要：本文對航天微系統相關技術的特點、發展現狀以及該技術在航天領域的應用前景進行了綜述。主要參考國外航天微系統的先進技術，并結合我國相關領域的實際發展情況，有針對性的對我國現有的微系統總體布局和發展規劃提出一些建議，希望能為我國航天微系統技術的發展提供參考。

關鍵詞：微系統；航天；發展現狀；應用前景

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.092

微系統作為一種新興技術，是基于微電子和微機械等技術發展而來，它具有高集成度、微型化、高穩定性等特點。航天微系統是指專門應用在航天領域的微系統，其技術種類包括單片微波集成電路（MMIC）、專用集成電路（ASIC）、片上系統（SoC）以及混合集成電路（HIC）等。航天微系統技術的應用，可以有效提高航天器產品的功能密度比，也可結合先進的微系統技術，開發新的航天器設計思路，推動航天技術的發展[1]。因此，航天微系統技術越來越受到人們的重視。本文結合國外發達國家的航天微系統的發展對航天微系統相關技術的發展現狀、發展前景等進行了整理分析，并基于此提出我國在相關技術發展方面存在的問題，針對這些問題提出建議。

1 航天微系統相關技術綜述

SoC技術是指利用軟硬件聯合設計以及大規模集成電路的設計技術，在一塊芯片上同時集成了微處理器、總線接口和存儲器等數字以及模擬IP，完成系統功能的構建。該技術有利于改善系統結構，使之微型化，從而質量和能耗均降低，同時拓寬了系統的數據帶寬，總線吞吐率和運行速率提升。我國的SoC技術處于試驗驗證階段，美國多個空間項目已經應用了此項技術，例如美國的X-2000計劃，就是以SOAC技術實現了電源、通信、傳感器等模塊的集成，使系統微型化，質量和功耗均降低。

ASIC技術是依據系統的特定需求而設計的集成電路，具有結構緊密、反應靈敏、功耗低等特點，ASIC應用于航天系統可明顯提高系統可靠性和抗輻射性，但其研制費用較高。ASIC技術在國外航天領域已有較為成熟的使用經驗，國內也有一定的應用。該技術的發展重點在于繼續提高產品的集成度，建設抗輻照加固單元庫等[2]。

HIC技術融合了半導體技術與膜集成技術，它主要是利用膜集成等技術再次對設計好的集成電路進一步集成，通過膜工藝解決系統連線和散熱問題，提高了系統的組裝密度、電性能和可靠性。HIC技術在射頻微波電路設計中應用較多，國外對該技術的應用較為成熟，我國仍處于研制階段。

MMIC是一種針對微波和射頻電路集成設計的技術，它是可以執行完整功能的微波集成電路，該技術就是將無源器件、微波有源器件以及傳輸線、互連線等集成到同一半導體基片中。MMIC技術可以提高系統的穩定性和抗干擾能力，也有利于系統的小型化。該技術較成熟，在通信系統、導航系統和遙感等方面廣泛應用。

2 我國的航天微系統

2.1 發展現狀與問題

隨著我國經濟和科學技術的快速發展，在航天微系統技術方面，我國已經開展了相應的研究工作，并取得了一定進展，但是與國際先進水平仍然具有較大差距。例如基于ASIC技術設計的器件雖然已經進行了在軌試驗和一定的空間應用，但是其制造工藝水平較低，無法與航天發達國家相抗衡。以下綜述了我國在發展航天微系統工作中存在的問題：

（1）國有化體制下，考慮自身經濟利益，使得長期發展規劃工作滯后。我國的航天領域市場化比例低，對于新技術的研發，其研發資金幾乎均來自于國家相關部門財政撥付。而微系統技術能夠極大提升系統性能，大大降低成本。正因如此，使得研發部門獲得的經濟利益縮水，從而導致研發單位喪失了新技術研發的積極性。

（2）我國目前的產業鏈中，各個環節缺乏充分的合作交流，而一套完整的微系統涉及研發、設計、制造等多個環節，需要各個研制部門密切合作才可以制造出成功的微系統。但是，各個部門之間各自把握各自的優勢技術，側重考慮自身經濟利益，缺乏深層次的合作交流，因此而導致了行業壁壘，限制了微系統的發展。

2.2 發展建議

針對我國在航天微系統發展過程中存在的問題，提出以下發展建議：

（1）深化各部門合作關系。涉及航天微系統領域的各研發部門和生產企業應當以長遠的發展目光建立更深層次的合作關系，通過搭建相應的合作平臺融合各個部門的技術優勢，集中優勢開展微系統技術研發。

（2）深化建設知識產權體系。我國的知識產權體系不完善是航天微系統研發部門間形成行業壁壘的重要原因，研發單位的研發成果得不到絕對的利益保障，也就導致其自身為了維護自身利益而設置保護措施，這極大的影響了部門之間合作機制的建立。

（3）強化產品的可靠性，提升其空間適用性。對微系統器件研究應當區別于普通器件，由于其工作條件的特殊性，要求的可靠性、容錯性更加嚴格。因此加強航天微系統產品的可靠性研究至關重要。

3 結語

微系統技術在航天領域發揮著巨大作用，大力發展微系統技術可促進航天事業的發展。盡管我國在微系統技術方面的研發相比西方航天強國來說才剛剛起步，但只要沿著一條正確的發展道路，依靠科學的發展規劃，我國的微系統技術必然會有一個明亮的發展前景。

參考文獻：

[1]周慶瑞，孟松，宋堅等.航天微系統技術綜述[J].航天器工程，2014，23（04）：84-91.

[2]張國強，孫瓊閣，辛燕.微系統光學檢測技術及航天應用[C]. 全國光學測試學術交流會，2016.

作者簡介：顧小軍（1981-），男，江蘇鹽城人，大專，助理工程師，從事微波射頻方面的研究。