航天元器件自主發展的思考與實踐

王佳 于文清

（上海航天技術研究院，上海，201109）

文 摘：分析航天元器件發展現狀和現階段面臨的問題，從航天用戶角度提出航天元器件自主發展的總體思路，提出從責任落實、制度建設、需求梳理、優化統型、供應商管理等方面加強工作的建議。

電子元器件是支撐電子、通訊及相關產業發展的戰略資源，是奪取多行業領域高地的基礎。近年來，中興事件、華為風云，更是把國產電子元器件推上了歷史舞臺的新高度。為保持航天領域的可持續發展，進一步推動國產航天元器件的成功研制與成熟應用具有重要意義。

隨著我國航天事業的迅猛發展，國內電子元器件行業的日趨成熟，航天企業逐步樹立自主發展理念，統籌謀劃、系統推進，引導工程技術人員轉變元器件選型思想。

1 現狀分析

航天元器件具有品種多、數量少、復雜應用環境 （如空間輻照）等特點，同時航天企業高效益發展必定會對元器件采購、質量保證成本進行控制。諸多因素的交織，對航天元器件的研制、供應、應用提出了較高要求。首先，在半導體行業，品種多、數量少就勢必帶來成本的急劇增加，投入產出比低；其次，小批量生產的可靠性、穩定性控制，為元器件研制方帶來了巨大的責任壓力和質量壓力，同時用戶仍需花費大量成本進行質量控制；第三，目前國內航天元器件的發展尚無法充分滿足航天裝備的發展需求。

雖然困難重重，但也能欣喜地看到，在航天工程的需求牽引下，國內航天元器件規劃得到重視，涌現了一批自主研發的高端元器件，如固態放大器、行波管放大器、紅外焦平面組件、大容量PROM、高速AD/DA、DC/DC、FPGA等，其技術 “瓶頸”的突破，平臺能力的建設，形成了系列化產品型譜，為可持續研制提供了基礎。其中，部分元器件技術儲備足，與用戶需求結合緊密，率先得到工程應用，如固態放大器、行波管放大器等已在航天工程中得到應用，且效果良好。

然而，國產芯片應用于工程型號的往往還不夠多，體量、規模往往還不夠大。以FPGA為例，在全球化經濟的影響下，航天工程技術人員常常傾向性地選擇某國外公司7系列的FPGA，與上一代產品相比，其功耗降低了50%，成本削減了35%，性能提高30%，對用戶而言，具有較高的性價比。國內FPGA的研發起步較國外晚，現階段研發的產品尚未實現大規模工程應用，而此類復雜器件往往需要經過大規模應用來促使其成熟化，在現有產品尚未成熟時，應用戶要求又去研發新產品，勢必帶來研發不充分、應用不充分的問題。為扭轉被動局面，逐步實現從跟跑、并跑向領跑的超越，作為用戶方，加強元器件選用控制，實施控制增量、減少存量的雙管齊下方針，是實現自主發展的策略。

2 存在的問題

2.1 用戶選用國產元器件的動力不足

由于航天產品具有高可靠、長壽命、不可維修等特點，實現航天工程元器件自主發展存在較大阻力，主要表現在以下四個方面：①工程技術人員選用積極性不高，基于國產元器件開展設計的理念不強，存在 “沒用過”、 “不敢用”、 “用不好”的顧慮；②批產裝備技術狀態已固化，實施元器件國產化難度大；新研型號技術指標高，基于進口高端器件開展設計的慣性難以扭轉；③需求牽引與技術推動結合不緊密；④器件的研用轉化責任主體未壓準壓實。

2.2 國產元器件尚無法完全支撐航天型號發展

國產元器件的性能指標、質量一致性與航天型號的要求存在差距，蓬勃發展的國產元器件仍存在一定隱患，新研的國產元器件好似新生兒[1]，好似尚未經過爬行訓練就越級到跑跳訓練，其測試覆蓋性不全，驗證不充分，實際工程應用時質量問題頻繁發生。比如，LVDS接口芯片常用于高速數據傳輸，國產元器件在電性能參數、抗輻照能力等方面與進口器件指標一致。然而在100Mbps及以上高速傳輸的應用場合中，在低溫-40℃環境下，國產元器件出現了傳輸誤碼問題，需要重新更改設計，增加濾波電容，降低傳輸過程的擾動，解決誤碼問題。

同時，國產元器件應用的技術支撐力度不足，產品手冊不全面、仿真數據不完整、可靠性數據缺失，設計師尚未掌握國產元器件的應用規律和特性，造成應用問題多發。

2.3 民用元器件能否支撐航天產品應用尚待進一步研究

在 “高質量、高效率、高效益”發展的時代背景下，在型號低成本、高可靠研制的迫切需求下，如何接受并利用國產民用電子元器件開展航天型號的研制值得深入思考。首先，對于供應商的選擇，需設置門檻，保證穩定供貨；其次，塑封器件的選用、質量保證方法需深入研究；第三，禁限用工藝在特定領域、特定環境的區分，開展 COTS （Commercial Off－The－Shelf） 器件在航天型號應用評估勢在必行。

3 工作實踐

產品可靠性是設計出來的、生產出來的、管理出來的。錢學森在編著 《工程控制論》時表示： “只要自動控制做好了，即使元器件差一點，導彈也能打上天”。重審歷史，風云一號衛星是我國第一顆自主研制的極軌氣象衛星，1988年首發星發射成功，2002年D星發射，正常運行10余年，在軌超期服役。當時并沒有選用特別高端復雜的元器件，一樣可以設計出高可靠的產品，令人深思。

樹立自主發展理念至關重要，通過制度的進一步優化，引導設計師系統立足國產元器件達到系統最優化，立足國內基礎能力，進行航天產品的設計和研制。

3.1 強化責任落實，統籌協調推進

航天工程自主發展是系統工程，構成系統工程的基本要素就是人、財、物、目標、機器設備、信息等六大因素。人是第一位，首先明確主體責任是選用元器件的一線專業單位；專業單位通過研究航天產品研制與基礎研究的共存性、關聯性，制定自主發展的實施方案和工作計劃，將理念切實轉換為路線圖和施工圖，納入產品研制管理。各級職能部門通過里程碑節點的監督、檢查、考核，推動國產元器件的選用和應用。

3.2 強化制度建設，建立工作機制

制度建設和工作機制是保障系統工程有序運行的必要條件。首先，制定實施管理辦法，明確各級組織機構與職責，建立責任體系；明確實施管理的各方面要求。其次，制定總體實施方案，全面梳理自主發展需求情況，明確工作目標和工作思路，做好工作安排與策劃；識別關鍵，重點突破，聚焦重點單位；成立專家組，有效指導專業領域工作的開展；建立考核機制，制定考核細則和考核項目表；監督檢查，建立巡察機制；構建信息化技術支撐體系，開展元器件智慧化選型、全方位元器件數據資源支撐、設計仿真一體化協同工作。

3.3 強化需求梳理，制定分類措施

航天產品領域廣，需分門別類開展梳理工作，通過需求清單的梳理，與研制單位進行對接確認，進一步明確器件狀態，確定采取的針對性措施。

A類器件 （對應國產器件已成熟應用），納入指南性文件，指導設計師改型；B類器件 （對應國產器件已完成研制，需要開展應用驗證），緊扣器件研制進度，制定應用驗證計劃，加快應用驗證的實施；C類器件 （對應國產器件正在研制或有研制能力，但尚未研制），開展優化統型，招投標開展研制，鼓勵設計師在器件研制階段提前介入，并同步開展應用驗證；D類器件 （對應國產器件暫無研制能力），開展選用改型的可行性論證，通過更改方案進行規避。

3.4 強化選用控制，推進優化統型

以元器件專業領域的發展規劃為依托，立足當前航天工程在研、預研及未來需求，立足于元器件技術發展趨勢和主流發展的品種，壓縮品種規格，優化多維度選型指標體系，優選2～3家元器件合格供方。

如此，可有效開展用研雙方的深入合作，集中精力進行進口對標產品及引領技術發展新產品的攻關，穩定貨架產品的供應，降低質量風險和采購成本。如某電連接器統型后，國產電連接器由50個系列減少至36個系列，相比減少了14個系列；進口電連接器由147個規格減少至11個規格，相比減少了136個規格；國產壓縮了28%的產品，進口壓縮了93%的產品。

3.5 強化供應商管理，嚴格質量管控

航天元器件供應商是航天企業的重要戰略合作伙伴。通過供應商關系的管理，系統策劃航天元器件過程控制，夯實組織的知識基礎，提升信息化和智能化管控水平，從而達到雙贏的局面；通過航天元器件質量控制前移，提前識別與控制質量保證的風險，對質量問題多發的單位進行飛行檢查，督促其改進工藝，完善質量管理，不斷提高元器件固有可靠性；通過風險物資協調會議，加強內外部溝通，掌握航天產品的關鍵計劃節點，提前進行產能配置，提高工作效率，助推航天元器件成熟應用。

3.6 樹立用戶標桿和典型應用示范

魯迅先生曾稱贊 “第一個吃螃蟹的人是很令人佩服的，不是勇士誰敢去吃它呢？”雖然國產元器件還不至于是令人害怕的螃蟹，但在以成敗論英雄的古往今來，應用的風險和壓力并沒有完全分擔和釋放，尤其是軟件復雜度高的新型元器件，未知的bug是潛在的風險點。不過最好的防御就是進攻，要敢于打破自身優勢形成新的壁壘。所以政策需向敢于突破的單位傾斜，建立容錯機制、激勵機制，在長期的試驗中不斷迭代應用數據。

自主發展是個永恒的話題，近兩年再次被推向潮頭，它不僅是個技術問題，也是航天企業安身立命的根本。習總書記曾說，實現中華民族偉大復興宏偉目標時不我待，要有志氣和骨氣加快增強自主創新能力和實力，努力實現關鍵核心技術自主可控，把創新發展主動權牢牢掌握在自己手中。在這攻堅克難的關鍵時期，精心組織、科學謀劃、大力協同、集智攻關，全力推動航天工程自主發展是當代航天人的使命。