复旦大学（Fudan University）的工程师们展示了一种电子电路，它可以在太空严酷的辐射环境中存活数百年。该实验性射频系统由单原子厚度的半导体二硫化钼（MoS2）制成，采用晶圆级制造，在地球上通过了强伽马射线辐照测试，并在低地球轨道运行了九个月。根据测得的在轨辐射剂量和环境模型，该团队估计，在无需卫星通常携带的沉重屏蔽层的情况下，该装置在高辐射的地球同步环境中可保持运行约 271 年。
为什么电子电路能够存活 270 年
简而言之，原因在于尺度和材料。传统的硅芯片由数微米厚的半导体和复杂的多层堆叠结构组成；高能粒子会沉积能量并使原子发生位移，产生随时间积累的缺陷，从而导致器件性能下降。而单层 MoS2 的厚度约为 0.7 纳米——入射粒子与之发生相互作用的材料量要少得多。在原子尺度下，许多高能粒子会直接穿过薄层，而不会沉积足够的能量来形成困扰体器件（bulk devices）的那种破坏性缺陷。
但仅仅靠“薄”并不是万灵药。复旦大学团队将四英寸晶圆上的大面积均匀单层生长技术，与在辐照后仍能保持极高开关电流比和极低漏电流的晶体管设计相结合。从电学角度来看，这意味着晶体管能够保持干净的开关动作且功耗极低——这两点对于旨在太空无人监管环境下运行数十年的设备至关重要。综上所述，二维材料固有的耐辐射性加上低功耗、高裕度的电路运行，使得电子电路能够承受异常长期的太空暴露这一说法变得合乎情理。
电子电路如何通过测试并在轨道上存活
复旦大学团队通过两项互补的工作验证了这一想法。首先，在地面上，他们将 MoS2 薄膜和器件暴露在强烈的伽马射线剂量下，以模拟电子设备在轨道上接收的总电离剂量。辐照后，他们使用透射电子显微镜、能量色散谱和拉曼光谱检查薄膜，以寻找结构损伤或化学变化。这些高分辨率探测显示，几乎没有出现通常会改变电学行为的原子级损伤。
其次，该团队将一套完整的射频通信系统（工作频率在 12–18 GHz 左右的发射器和接收器）送入高度约 517 公里的低地球轨道，并运行了九个月。在轨装置保持了低于 10⁻⁸ 的误码率，并可靠地传输了数据（该团队甚至广播并接收了大学校歌作为演示）。通过将记录的在轨辐射剂量与既有的高辐射环境模型相结合，研究人员推算出了寿命估计值：在粒子通量和捕获辐射带更强的地球同步轨道上，寿命可达数百年。这种方法——即加速地面测试加上真实的在轨运行和建模——正是这一长寿命预测的得出过程。
实际效益与现实应用
减少屏蔽需求的电路最直接的回报是重量。发射质量非常昂贵：减轻卫星的屏蔽层可以为仪器、燃料或更大的有效载荷腾出空间和质量。对于长寿命平台——如极高轨道的后继卫星、深空探测器或旨在运行几十年的基础设施——固有的抗辐射电子设备可以降低维护成本和任务风险。
局限性、注意事项及广泛应用前的后续步骤
结果令人兴奋，但仍存在重要的局限性。此次演示是一个由原子级薄晶体管构成的射频系统；它还不能取代现代航天器中的所有功能——特别是高密度数字处理器、非易失性存储器和电源管理系统，这些系统有其自身的脆弱模式。将原子薄器件与现有的硅基组件集成，确保可靠的互连、封装、热循环性能以及应对发射过程中的机械应力，都是重大的工程问题。
对 271 年寿命的验证必然是一种推演。团队使用了来自低轨飞行实测的伽马和粒子剂量，以及成熟的辐射环境模型来预测在更严酷轨道上的表现。要获得充分的信心，还需要更多的在轨数据、更广泛的失效模式测试（例如使用质子和重离子探测单粒子效应）、更长时间的任务，以及将晶圆工艺扩展到商业化生产良率。其他现实挑战还包括在制造和部署过程中保护脆弱的二维薄膜免受污染，并确保连接器和封装不会成为薄弱环节。
工程师如何测试长期存活声明
测试数十年或上百年的寿命需要结合实验室加速应力测试和空间演示。地面实验室使用伽马射线辐照来模拟总电离剂量（TID），并使用粒子束来探测位移损耗和单粒子效应（SEE）。高分辨率显微镜和光谱学可以揭示材料的原子晶格和化学性质是否发生了变化。但实验室应力无法完美复制轨道上辐射、温度波动、真空和微流星体暴露的复杂组合，因此实际的飞行测试必不可少。
这种双重路径——加速地面测试加上在轨运行——让工程师能够收集剂量测定数据，观察真实的器件性能，并验证随后外推到不同轨道的模型。复旦大学团队正是遵循了这一方法：地面辐照与显微镜观察、带有运行遥测数据的九个月低轨任务，以及用于生成百年尺度预测的辐射建模。未来的验证将依赖于更长时间的飞行和在更广泛环境中的测试。
这次演示是一个进步，而非终点。为了变革航天器架构，材料研究团队和系统工程师需要证明整套功能堆栈的可靠性，并验证大规模制造的可行性。尽管如此，这项实验改变了对话的主题：设计者现在可以将轻量化、固有抗辐射的硬件视为一种现实选择，而不仅仅是依赖更重的屏蔽层。
这项工作预示着这样一个未来：卫星在相同的发射质量下可以承载更强的能力，探测器和中继平台可以在没有人工维护的情况下运行得更久。明年许多工程师会使用的一句话简单而有力：电子电路在太空中的存活时间可能远比我们之前想象的要长。
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