航天元器件自主发展的思考与实践

王佳 于文清

（上海航天技术研究院，上海，201109）

文 摘：分析航天元器件发展现状和现阶段面临的问题，从航天用户角度提出航天元器件自主发展的总体思路，提出从责任落实、制度建设、需求梳理、优化统型、供应商管理等方面加强工作的建议。

电子元器件是支撑电子、通讯及相关产业发展的战略资源，是夺取多行业领域高地的基础。近年来，中兴事件、华为风云，更是把国产电子元器件推上了历史舞台的新高度。为保持航天领域的可持续发展，进一步推动国产航天元器件的成功研制与成熟应用具有重要意义。

随着我国航天事业的迅猛发展，国内电子元器件行业的日趋成熟，航天企业逐步树立自主发展理念，统筹谋划、系统推进，引导工程技术人员转变元器件选型思想。

1 现状分析

航天元器件具有品种多、数量少、复杂应用环境 （如空间辐照）等特点，同时航天企业高效益发展必定会对元器件采购、质量保证成本进行控制。诸多因素的交织，对航天元器件的研制、供应、应用提出了较高要求。首先，在半导体行业，品种多、数量少就势必带来成本的急剧增加，投入产出比低；其次，小批量生产的可靠性、稳定性控制，为元器件研制方带来了巨大的责任压力和质量压力，同时用户仍需花费大量成本进行质量控制；第三，目前国内航天元器件的发展尚无法充分满足航天装备的发展需求。

虽然困难重重，但也能欣喜地看到，在航天工程的需求牵引下，国内航天元器件规划得到重视，涌现了一批自主研发的高端元器件，如固态放大器、行波管放大器、红外焦平面组件、大容量PROM、高速AD/DA、DC/DC、FPGA等，其技术 “瓶颈”的突破，平台能力的建设，形成了系列化产品型谱，为可持续研制提供了基础。其中，部分元器件技术储备足，与用户需求结合紧密，率先得到工程应用，如固态放大器、行波管放大器等已在航天工程中得到应用，且效果良好。

然而，国产芯片应用于工程型号的往往还不够多，体量、规模往往还不够大。以FPGA为例，在全球化经济的影响下，航天工程技术人员常常倾向性地选择某国外公司7系列的FPGA，与上一代产品相比，其功耗降低了50%，成本削减了35%，性能提高30%，对用户而言，具有较高的性价比。国内FPGA的研发起步较国外晚，现阶段研发的产品尚未实现大规模工程应用，而此类复杂器件往往需要经过大规模应用来促使其成熟化，在现有产品尚未成熟时，应用户要求又去研发新产品，势必带来研发不充分、应用不充分的问题。为扭转被动局面，逐步实现从跟跑、并跑向领跑的超越，作为用户方，加强元器件选用控制，实施控制增量、减少存量的双管齐下方针，是实现自主发展的策略。

2 存在的问题

2.1 用户选用国产元器件的动力不足

由于航天产品具有高可靠、长寿命、不可维修等特点，实现航天工程元器件自主发展存在较大阻力，主要表现在以下四个方面：①工程技术人员选用积极性不高，基于国产元器件开展设计的理念不强，存在 “没用过”、 “不敢用”、 “用不好”的顾虑；②批产装备技术状态已固化，实施元器件国产化难度大；新研型号技术指标高，基于进口高端器件开展设计的惯性难以扭转；③需求牵引与技术推动结合不紧密；④器件的研用转化责任主体未压准压实。

2.2 国产元器件尚无法完全支撑航天型号发展

国产元器件的性能指标、质量一致性与航天型号的要求存在差距，蓬勃发展的国产元器件仍存在一定隐患，新研的国产元器件好似新生儿[1]，好似尚未经过爬行训练就越级到跑跳训练，其测试覆盖性不全，验证不充分，实际工程应用时质量问题频繁发生。比如，LVDS接口芯片常用于高速数据传输，国产元器件在电性能参数、抗辐照能力等方面与进口器件指标一致。然而在100Mbps及以上高速传输的应用场合中，在低温-40℃环境下，国产元器件出现了传输误码问题，需要重新更改设计，增加滤波电容，降低传输过程的扰动，解决误码问题。

同时，国产元器件应用的技术支撑力度不足，产品手册不全面、仿真数据不完整、可靠性数据缺失，设计师尚未掌握国产元器件的应用规律和特性，造成应用问题多发。

2.3 民用元器件能否支撑航天产品应用尚待进一步研究

在 “高质量、高效率、高效益”发展的时代背景下，在型号低成本、高可靠研制的迫切需求下，如何接受并利用国产民用电子元器件开展航天型号的研制值得深入思考。首先，对于供应商的选择，需设置门槛，保证稳定供货；其次，塑封器件的选用、质量保证方法需深入研究；第三，禁限用工艺在特定领域、特定环境的区分，开展 COTS （Commercial Off－The－Shelf） 器件在航天型号应用评估势在必行。

3 工作实践

产品可靠性是设计出来的、生产出来的、管理出来的。钱学森在编著 《工程控制论》时表示： “只要自动控制做好了，即使元器件差一点，导弹也能打上天”。重审历史，风云一号卫星是我国第一颗自主研制的极轨气象卫星，1988年首发星发射成功，2002年D星发射，正常运行10余年，在轨超期服役。当时并没有选用特别高端复杂的元器件，一样可以设计出高可靠的产品，令人深思。

树立自主发展理念至关重要，通过制度的进一步优化，引导设计师系统立足国产元器件达到系统最优化，立足国内基础能力，进行航天产品的设计和研制。

3.1 强化责任落实，统筹协调推进

航天工程自主发展是系统工程，构成系统工程的基本要素就是人、财、物、目标、机器设备、信息等六大因素。人是第一位，首先明确主体责任是选用元器件的一线专业单位；专业单位通过研究航天产品研制与基础研究的共存性、关联性，制定自主发展的实施方案和工作计划，将理念切实转换为路线图和施工图，纳入产品研制管理。各级职能部门通过里程碑节点的监督、检查、考核，推动国产元器件的选用和应用。

3.2 强化制度建设，建立工作机制

制度建设和工作机制是保障系统工程有序运行的必要条件。首先，制定实施管理办法，明确各级组织机构与职责，建立责任体系；明确实施管理的各方面要求。其次，制定总体实施方案，全面梳理自主发展需求情况，明确工作目标和工作思路，做好工作安排与策划；识别关键，重点突破，聚焦重点单位；成立专家组，有效指导专业领域工作的开展；建立考核机制，制定考核细则和考核项目表；监督检查，建立巡察机制；构建信息化技术支撑体系，开展元器件智慧化选型、全方位元器件数据资源支撑、设计仿真一体化协同工作。

3.3 强化需求梳理，制定分类措施

航天产品领域广，需分门别类开展梳理工作，通过需求清单的梳理，与研制单位进行对接确认，进一步明确器件状态，确定采取的针对性措施。

A类器件 （对应国产器件已成熟应用），纳入指南性文件，指导设计师改型；B类器件 （对应国产器件已完成研制，需要开展应用验证），紧扣器件研制进度，制定应用验证计划，加快应用验证的实施；C类器件 （对应国产器件正在研制或有研制能力，但尚未研制），开展优化统型，招投标开展研制，鼓励设计师在器件研制阶段提前介入，并同步开展应用验证；D类器件 （对应国产器件暂无研制能力），开展选用改型的可行性论证，通过更改方案进行规避。

3.4 强化选用控制，推进优化统型

以元器件专业领域的发展规划为依托，立足当前航天工程在研、预研及未来需求，立足于元器件技术发展趋势和主流发展的品种，压缩品种规格，优化多维度选型指标体系，优选2～3家元器件合格供方。

如此，可有效开展用研双方的深入合作，集中精力进行进口对标产品及引领技术发展新产品的攻关，稳定货架产品的供应，降低质量风险和采购成本。如某电连接器统型后，国产电连接器由50个系列减少至36个系列，相比减少了14个系列；进口电连接器由147个规格减少至11个规格，相比减少了136个规格；国产压缩了28%的产品，进口压缩了93%的产品。

3.5 强化供应商管理，严格质量管控

航天元器件供应商是航天企业的重要战略合作伙伴。通过供应商关系的管理，系统策划航天元器件过程控制，夯实组织的知识基础，提升信息化和智能化管控水平，从而达到双赢的局面；通过航天元器件质量控制前移，提前识别与控制质量保证的风险，对质量问题多发的单位进行飞行检查，督促其改进工艺，完善质量管理，不断提高元器件固有可靠性；通过风险物资协调会议，加强内外部沟通，掌握航天产品的关键计划节点，提前进行产能配置，提高工作效率，助推航天元器件成熟应用。

3.6 树立用户标杆和典型应用示范

鲁迅先生曾称赞 “第一个吃螃蟹的人是很令人佩服的，不是勇士谁敢去吃它呢？”虽然国产元器件还不至于是令人害怕的螃蟹，但在以成败论英雄的古往今来，应用的风险和压力并没有完全分担和释放，尤其是软件复杂度高的新型元器件，未知的bug是潜在的风险点。不过最好的防御就是进攻，要敢于打破自身优势形成新的壁垒。所以政策需向敢于突破的单位倾斜，建立容错机制、激励机制，在长期的试验中不断迭代应用数据。

自主发展是个永恒的话题，近两年再次被推向潮头，它不仅是个技术问题，也是航天企业安身立命的根本。习总书记曾说，实现中华民族伟大复兴宏伟目标时不我待，要有志气和骨气加快增强自主创新能力和实力，努力实现关键核心技术自主可控，把创新发展主动权牢牢掌握在自己手中。在这攻坚克难的关键时期，精心组织、科学谋划、大力协同、集智攻关，全力推动航天工程自主发展是当代航天人的使命。