北斗三号核心元器件国产化率达100% 这项“卡脖子”技术来之不易

今年8月，北斗卫星导航系统正式宣布北斗三号系统工程提前半年完成全球星座部署。

作为一个庞大的卫星星座，每一颗卫星都是由几万个元器件组成的，其核心元器件国产化率达到了100％。其中，行波管放大器作为卫星上用来放大信号的关键部件，是多年来的“卡脖子”技术。

在中科院空天信息创新研究院，科研人员正在对一个刚刚制造完成的行波管放大器进行真空性能测试。随后，它将搭载在我国即将发射的高分卫星上，在上万公里远的太空，完成对地数据传输任务。今年，对于行波管科研团队来说，收获满满。过去的五年时间，他们陆续为北斗三号系统交付了130余套行波管和放大器，保障了北斗工程的顺利建设。

中科院空天信息创新研究院研究员缪国兴：它是通过一些精密复杂的结构，来实现电子和电磁波的能量交换，然后把电磁波放大到几百瓦，实现远距离的信号传输。然后，它在卫星还有通信、包括雷达各个方面都有非常多的应用。

行波管由100多个精密的零部件组成，其装配精度要达到微米级。同时还要满足真空器件的“保质期”，团队面临很多技术挑战。

央视记者张春玲：这一个小小的发光体就是行波管的心脏叫阴极。它在工作的时候，温度要上升到1000度左右。就可以发射出高速电子，电子和电磁场在微米级精度的螺旋线里进行能量交换。把微波的信号放大几万倍后，信号就能从太空传到地面。

2013年，在我国新一代北斗卫星的研制初期，卫星总体要求行波管这一核心器件必须全面自主可控。迅速完成满足卫星使用要求的行波管研制，成为了摆在科研人员面前的首要任务。虽然研究团队已经有了多年的技术积累，但是面对卫星导航系统的应用，还是第一次。

中科院空天信息创新研究院研究员缪国兴：从实验室产品到卫星的这个工程化产品，有一些现象是我们在实验室里没有遇到过的，还有我们要保证这个器件在卫星上十几年运行不出问题，这都是给我们提出了很多新的要求。

为了能够迅速实现关键元器件的国产化，行波管研发团队开启了昼夜实验模式。他们设计了多个方案并行研制，同步开展实验验证，大大提高了研发效率。

中科院空天信息创新研究院研究员缪国兴：我们科研工作者这么多年的积累，的确需要一个平台或者机会来为国家这个重点工程来做这个贡献，所以当时我们整个团队还是充满激情地去把这件事做好，所以我们基本上在两年之内都是一个加班加点的状态，特别是在过程里出现一些问题或者故障的时候，更是要几倍的工作量来实现这个故障的排除。

经过两年的持续攻关，2015年3月这个由我国全自主研发的行波管放大器随北斗卫星发射升空。十三五期间，科研团队已经陆续为北斗三号系统交付了130余套行波管及放大器保障了北斗工程的顺利建设。在空间行波管及放大器国产化需求的拉动下，目前其产品已覆盖国内航天应用的各个波段，包括北斗、遥感、通信等近60个卫星工程型号。

中科院空天信息创新研究院研究员缪国兴：以前老说科学院只是做研究，实际上通过这个过程我觉得我们科学院在这种工程应用方面（在这个里面）积累的经验和得到的这种锻炼和提升也是非常大的，所以我们应该说是具备了从研究到工程应用整体，整个科研过程的一个能力，而且在这个过程里，工程应用的这方面的能力还得到了更好的一个提升。

随着行波管及放大器国产化进程的不断深入，中科院的研发团队将在性能、功率、稳定性等多方面进行不断的技术迭代和提升。

未来，这一技术将有望在深空探测等航天工程中实现更广泛的应用。

如果说，在十三五期间，科研团队主要攻克了性能、稳定性等这些核心技术指标，接下来，他们要在更高频率、更大功率、更高效率等方面不断攻关，以满足科研探索和工程应用等多方面的需求。

中科院空天信息创新研究院研究员张志强：从发展的角度讲，我们行波管作为真空电子学领域的一个分支，逐步从分米波到厘米波到毫米波，甚至到太赫兹频段这样的趋势在发展。那么为什么频率越来越高，未来在通信当中主要解决这个大带宽，高的数据通量，这样的一个通讯能力。这也是真空电子学器件的一个发展趋势。

更高的精度、更高的性能、更高的稳定性，在科研攻关的路上，没有绝对的终点。2018年中科院将电子学研究所、遥感与数字地球研究所和光电研究院进行了整合，成立空天信息创新研究院，进一步在体制机制上打破学科界限，提升原始创新能力。

中科院空天信息创新研究院研究员张志强：我觉得通过这样一个融合呢，可以打破很多领域之间的壁垒，把它连通起来，能够解决重大的科技技术问题。