航天元器件自主可控工作推進與實施

蘇 磊，董 磊，劉 泓，熊盛陽，孫 巖

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

0 引言

隨著中國航天事業的發展，航天產品任務數量增多，應用領域不斷擴大。元器件是航天器和運載器大系統的重要組成部分，是航天產品信息化、智能化和小型化的核心和基礎，它的質量直接關系到整機設備的技術性能和研制進程，決定了航天系統產品的性能指標和工作壽命。

國家有關部門相繼制定了一些管理辦法，旨在推動元器件自主發展，促使航天產品實現自主可控[1]。中國歷史上自開展航天產品研制及元器件選用工作以來，均要求優先選用國產元器件，長期堅持元器件自主可控原則開展研制工作，元器件自主可控情況相對較好，但也存在一些元器件依賴進口的問題。

1 元器件自主可控現狀及存在問題

1.1 國內外形勢

國外航天強國都把元器件作為國家級戰略技術資源，給予極大的關注和努力，美國、歐盟和日本等國家和地區均已建立了先進的航天元器件制造體系，并注重新工藝技術研發和應用。

1.1.1 美國、歐空局、俄羅斯和日本將自主發展元器件作為國家戰略

a）美國。

美國一直非常重視航天元器件的發展。美國國防部關鍵技術報告所述：“現今，美國軍事系統具備超過潛在敵人的技術優勢，元器件的貢獻最大，可以說超過了所有其他技術”。以元器件中最核心的微電子專業為例，美國在微電子技術領域實施的是全產業鏈自主可控戰略。

b）歐空局。

“航天元器件必須由歐洲自主發展”是歐洲航天局（ESA）的既定方針。自20世紀90年代初至21世紀初，歐洲航天局（ESA）、宇航系統制造商和航天元器件生產商都一直在密切關注歐洲宇航系統使用非歐洲航天元器件的情況。歐洲為了獲得宇航用微電子產品的自主性和先進性（除微電子專業外其它元器件專業歐洲基本能夠自主），擺脫對美國的依賴，制定了自主可控相關政策，其體系完整性好于美國國家航空航天局（NASA）制定的標準體系。

c）俄羅斯。

俄羅斯對軍用元器件產業采取封閉的管理方式，基本上是走獨立發展的道路，從基礎技術到產品體系與國際標準都不同，產品也不能互換。2013年，俄羅斯總統普京簽署法令，要求即使使用一些性能落后的國產元器件產品，也決不允許在核威懾力量和導彈防御設施中使用國外元器件。

d）日本。

2004年，為了改變宇航級微電子產品全面進口的局面，日本提出空間用全部關鍵微電子產品要在本土生產，由政府支持相關基礎設施建設，并提出宇航裝備要優先使用國產元器件產品。同時，開始構造JAXA元器件標準體系，以提高航天計劃的效率和成功率。1.1.2 進口元器件的管制不斷加嚴

近幾年來，以美國為首的西方國家對中國出口管制愈趨嚴厲。2011年，美國啟動了“軍品管制清單”（USML）和“商業管制清單”（CCL）兩份出口管制清單的調整改革，又加大了對歐洲等國家生產的、使用了美制元器件的宇航產品對華出口的限制，導致法國TED、德國TESAT等公司準備出口到中國的宇航元器件因無法獲得美國許可證而遭到禁運，目前清單調整工作仍在進行之中，禁運范圍將可能不斷增大。

近年來，日本對出口許可政策進行了重大調整，對所有可能用于武器裝備的元器件產品對中國嚴加封鎖。

1.1.3 信息安全形勢嚴峻

一些進口元器件，主要是高性能集成電路，中國缺乏測試手段，部分進口元器件甚至還存在安全后門隱患。

1.1.4 自主可控工作要求與中國產品體系的矛盾突出

國家有關部門對進口元器件選用品種和數量比例進行了限定，對于重點航天產品更是要求實現100%的國產化目標。使用非自主可控元器件的內外部環境已經十分惡劣，推進航天產品裝備元器件自主可控勢在必行。當然，推進元器件自主可控工作異常艱難，絕不僅僅是用國產元器件直接替換進口元器件這么簡單，牽涉到質量、進度、成本等問題，也牽涉到規劃、研制、選擇、使用等多個方面。

1.2 進口元器件出現質量問題無有效措施

航天產品元器件覆蓋集成電路、光電子器件、微波器件等多個專業，涉及CMOS、bipolar、JFET、BiCMOS等多種工藝，技術領域廣、跨度大[2]。進口元器件采購環節不確定因素較多，產品出現了質量問題，用戶很難獲取元器件生產過程的原始數據，難以進行深入的機理分析和準確的問題定位，也很難直接與國外的生產廠進行協調，質量歸零和舉一反三工作難以開展；進口元器件失效后，通常只能通過更換器件的方式進行解決，存在的潛在風險不能徹底解決。此外，由于中間環節多，引進過程中還出現過假冒偽劣現象，也不排除部分進口元器件存在安全問題。

1.3 航天產品不同部位元器件自主可控風險特征存在差異

航天產品飛行系統和發射支持系統所用進口元器件的自主可控風險特征存在差異，飛行系統受環境因素等影響，質量要求更高，自主可控要求也更高。除質量等級差異外，飛行系統和發射支持系統元器件的區別不大，都屬于相對小眾、專用的元器件類別，見圖1。

對于發射支持系統元器件而言，其應用特征明顯不同于飛行系統元器件，不論屬于哪類航天產品領域，發射平臺所用進口元器件多數為工業級，不影響飛行成敗，并且都是通用產品，屬于商用非定制元器件（COTS）類別，主要為通用計算機類元器件和汽車電子類元器件，這些元器件與家用計算機（PC）和家用汽車所用元器件差異不大，民用使用量極廣、極大，這類元器件發展速度較快，更新換代頻繁，停產后通常會有大量新型可替代元器件面世。這類民用COTS停產造成問題的風險較小，屬于“可控”元器件。當然，也不排除發射支持系統可能存在不可控的情況，需要相關單位逐一梳理識別。

2 航天元器件自主可控推進

2.1 元器件需求規劃與選用控制

2.1.1 完善元器件需求規劃體系建設

需求規劃及其產品化是牽引航天產品核心元器件自主可控的主要手段。各研制單位應根據實際情況，對航天產品涉及的關鍵元器件進行梳理，提出包括項目研制指標、質量、進度等要求的所有類別核心元器件初步需求，在元器件自主可控專家組的技術指導下，聯合元器件研制單位，形成立項建議，對形成的初步需求進行逐項分析、優化，確定分類，并進行有效對接，重點對接性能指標、質量與可靠性指標、環境適應性指標、進度要求等。召開需求審查會，專家組進行技術把關，對各項需求進行逐項審核，形成明確意見。與相關主管部門根據需求對接、審查結果，組織需求落實，確保全面落實航天產品關鍵元器件需求。

2.1.2 加強元器件自主可控管控力度

近年來，航天產品大量采用新型電子技術，導致航天產品存在大量的外協研制任務。一方面造成了各電子設備元器件自主可控工作的管理難度大幅增加；另一方面，航天產品一次配套單位對二次配套單位在元器件自主可控工作方面的管控存在不完全到位的情況。

2.2 元器件自主可控推進存在的問題

近年來，雖然航天產品元器件自主可控工作取得了一定進展，但仍然存在一定的問題。

a）由于中國元器件工業基礎薄弱，國產元器件往往存在自身指標偏差大、質量可靠性不穩定、供貨保障性差等問題，導致單機設計人員往往更偏向于使用進口元器件。

b）隨著國內元器件研制單位技術水平和制造工藝能力的不斷提高，部分元器件已經具備替代類似航天產品的進口元器件的性能指標。但由于新研元器件在航天產品使用經歷有限，有些甚至沒有飛行經歷，還可能存在常規的元器件級測試、篩選難以發現的問題，在后續板級、整機級試驗甚至航天產品出廠測試環節暴露出來，給航天產品研制進度和質量帶來問題。

c）除元器件研制經費自身的保障外，后續元器件的應用驗證工作也需大量的經費支持。對于具有相同或相近性能指標的元器件，國產元器件的價格往往比進口元器件的價格貴幾倍甚至幾十倍、上百倍，從而增加了整機的成本，導致了利潤的降低，是自主可控工作中的一個重要障礙[3]。

d）已定型航天產品，單機技術狀態已經固化，元器件選型的更改難度較大。已定型航天產品經歷過地面整機、系統試驗，經歷過可靠性增長或加強試驗的考核，經歷了飛行試驗的驗證，與航天產品相結合的相關元器件應用成熟度較高。如果對其中部分元器件進行國產元器件替代，將面對驗證充分性的考驗，技術難度較大，如果需要開展飛行驗證，則相關工作將面臨巨大的時間與經費投入。

3 航天元器件自主可控實施

目前，航天產品元器件自主可控推進過程中存在問題，要建立航天產品元器件自主可控工作機制，建設全面支撐航天產品自主、安全、可控的元器件產品體系的工作目標。

3.1 落實領導責任制，行政推進元器件自主可控實施

落實國家有關部門要求，結合航天產品需求的輕重緩急及航天產品研制階段特點，統籌制定元器件自主可控工作方案，確定總體目標和階段目標，推進自主可控工作。

將元器件自主可控工作要求和年度工作內容納入到對各航天產品參研單位責任人的年度考核中，確保元器件自主可控工作在各參研單位的全面落實。航天產品參研單位責任人是元器件自主可控工作的第一責任人。各航天產品參研單位應結合產品及本單位特點，確定元器件自主可控工作目標，統籌協調資源，按計劃推進實施。

指定一名專人負責本航天產品元器件自主可控工作，依托元器件專業管理與技術支撐機構，協助航天產品負責人開展好相關工作。各參研單位要高度重視元器件自主可控工作，除成立單位元器件控制機構外，明確一名主管領導及管理部門具體負責元器件自主可控工作；總體單位要負責全航天產品的元器件自主可控工作，系統抓總單位要負責本系統的元器件自主可控工作，二次配套單位的元器件自主可控工作由一次配套單位負責，層層分解、組織落實好元器件自主可控工作。

3.2 持續開展需求論證和規劃調整

需求調研和論證是一個多方協調的過程，需求調研和論證工作應持續開展，將需求轉化為規劃，將規劃的產品指標不斷地具體化、準確化。

針對航天產品領域特點，形成電氣系統發展規劃，并以此為基礎，形成微處理器、總線、AD/DA等核心元器件的技術指標需求體系。做好需求的統籌，使各航天產品的需求最小化，降低航天產品對基礎產品水平的要求。積極跟蹤航天產品發展和電氣系統發展的變化情況，及時結合中國元器件基礎行業的技術發展特點，及時優化調整規劃，確保需求規劃目錄既有延續性又能動態優化，能持續發揮作用。

3.3 加強應用驗證機構的基礎能力建設和產品的應用驗證工作

應用驗證是國產化產品走向工程化應用的關鍵環節，應加強應用驗證平臺建設，建立元器件熱學環境適應性、力學環境適應性、結構分析、極限評估、功能電性能、安裝狀態性能評價、抗自然輻照評價等驗證技術平臺。通過應用驗證，確保基礎產品的研制工作真正有的放矢，及早發現基礎產品在航天產品應用中可能存在的問題，支撐新型元器件在航天產品上的應用，提高產品的工程化應用水平。

3.4 建立自主可控產品體系

在自主可控產品規劃過程中注重產品體系的建立，完整覆蓋航天產品電氣系統對不同種類、不同功能、不同性能的產品需求。對于新立項航天產品或航天產品新設計的單機，要嚴格控制進口元器件的選用，有效控制“增量”進口元器件。在已有需求規劃，已有國產器件型譜化、系列化、產品化的目錄基礎上，壓縮品種，優先選用，不得以各種理由不選用國產化元器件。對于已有產品體系不能解決的，在航天產品論證初期，通過源頭控制的機制，不再選用新的進口元器件，有效控制增量。

在推進產品化工作中，必須落實自主可控工作要求，優化設計、整合資源、壓縮品種。對產品化單機中已選進口元器件，必須更改設計，采用國產化元器件替代。

3.5 建議國家制定相關政策，推進已定型航天產品元器件自主可控工作的落實

隨著中國元器件基礎水平的發展，陸續有各類產品的面世，這些產品在經過必要的驗證之后，可以對現有航天產品前期選用的進口元器件實現國產化替代。但由于目前中國航天產品技術狀態管控的政策和制度對于已定型裝備較為嚴格，任何替換均需要通過大量的工作和審批流程，客觀上阻礙了此類航天產品元器件自主可控工作的推進。建議國家針對此類問題制定對應的政策，優化元器件設計更改的驗證、審批、評審等工作流程和工作要求，降低已定型航天產品元器件國產化替換的難度，鼓勵自主可控工作的開展。

4 結束語

自主可控關系到國家制造能力的提升，也是航天大國邁向航天強國的必經之路，是一項長期、艱巨和復雜的工作。盡管國產化元器件質量與產品成熟度不足、單機應用存在風險、研制經費不到位等，但確定航天產品元器件自主可控工作機制，建設全面支撐航天產品自主、安全、可控的元器件產品體系勢在必行。