Китайские учёные создали радиационно-стойкую 2D-систему для космической электроники

Исследователи из Китая разработали полупроводниковую систему, устойчивую к радиации и тонкую, как один атомный слой. Этот прорыв может решить одну из самых сложных проблем в освоении космоса — уязвимость электроники к космическим лучам.

Команда из Шанхайского университета Фудань опубликовала свои выводы в журнале Nature. Это первый случай, когда такие «двумерные» (2D) электронные системы были проверены в реальных условиях космоса.

По мере того как космические корабли улетают дальше в пустоту, они подвергаются бомбардировке высокоэнергетическими частицами и космическими лучами. В традиционной электронике эти частицы вызывают деградацию характеристик или полный отказ. Обычно инженеры защищают системы, добавляя тяжёлое экранирование или дополнительные резервные схемы, но такие решения значительно увеличивают вес и стоимость — две вещи, которых космические агентства всеми силами стараются избежать.

Команда из Фуданя обнаружила, что поскольку 2D-материалы имеют толщину всего в один атом, в них практически нет физического «объёма», который могла бы повредить радиация. Это делает материал по своей природе невосприимчивым к суровым условиям космоса. Для проверки исследователи использовали «Спутник будущего Фудань № 1 Ланьцан-Меконг», запущенный в сентябре 2024 года. Они построили систему радиосвязи — оборудование, отвечающее за отправку и приём данных, — используя 4-дюймовую пластину из монослоя дисульфида молибдена.

Результаты теста на низкой околоземной орбите (на высоте 517 километров) показали, что система оставалась стабильной после девяти месяцев работы. Частота ошибок при передаче данных оставалась ниже одной на 100 миллионов, что, по словам исследователей, демонстрирует отличную радиационную стойкость и долгосрочную стабильность.

Учёные утверждают, что эта технология имеет огромные преимущества перед современной кремниевой электроникой как по долговечности, так и по эффективности. В условиях интенсивной радиации на высокой геосинхронной орбите срок службы системы оценивается в 271 год, что примерно в 100 раз дольше, чем у традиционных кремниевых систем. Кроме того, система весит всего 10% от текущего оборудования и потребляет менее одной пятой мощности, что является критически важным фактором для миссий, зависящих от ограниченной солнечной энергии или батарей.

В то время как предыдущие исследования 2D-материалов ограничивались компьютерным моделированием или лабораторными испытаниями на Земле, команда из Фуданя заявляет, что эта валидация на орбите доказывает готовность технологии к реальному применению. Чжоу Пэн, ведущий исследователь Государственной ключевой лаборатории интегральных микросхем и систем Университета Фудань, заявил, что ожидается, что этот прорыв повысит возможности Китая в области исследования дальнего космоса, высокоорбитальных спутников и, в конечном итоге, строительства баз на других планетах.

Команда планирует расширить исследования, включив в них передовые технологии радиолокации и дистанционного зондирования. Исследователи надеются, что успех этой миссии побудит мировых академических и промышленных партнёров помочь в запуске 2D-электроники в массовое производство.

ИИ: Это действительно значимое достижение, которое может кардинально изменить подход к проектированию космических аппаратов. Если технология найдёт широкое применение, это удешевит миссии и повысит их надёжность, что особенно важно для долгосрочных проектов, таких как лунные базы или полёты к Марсу.