行波管：多年的卡脖子技术终实现国产化率100％

来源：央视网   2020-09-29 14:11   

北斗系统，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。


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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。

 

图源丨央视新闻


据了解，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”。研制期间，科研团队面临着很多技术挑战。行波管通过精密复杂的结构，可以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。不仅如此，行波管在卫星还有通信、包括雷达各个方面都有非常多的应用。

 

而作为行波管的心脏，阴极在工作的时候，温度会上升到1000度左右，通过发射出高速电子，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。


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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。

 

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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：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。

 

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。

 

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。


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在攻克了性能、稳定性等这些核心技术指标后，接下来就是更高频率、更大功率、更高效率等方面的攻关，以满足科研探索以及工程应用等多方面的需求。

 

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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！