从总体设计人员角度思考推进元器件国产化之路

从总体设计人员角度思考推进元器件国产化之路从总体设计人员角度思考推进元器件国产化之路 元器件作为电气设备的基本组成单元，是实现各项功能的基石， 元器件的质量好坏直接影响着飞行试验任务的成败， 纵观国内外卫星、 火箭等发生故障的原因， 其中固然有一部分是人类对未知困难的认识 的局限造成的，但是元器件的质量诱导故障发生也是一大因素。 由于 总体设计单位或单机研制单位盲目迷信进口的元器件， 因此在设计过 程中往往优选进口产品， 进而导致国产元器件由于缺乏足够的资金支 持，引发产品质量问题，研发陷入困境，进而设计单位不愿意选用国 产元器件的恶性循环。为了响应国家的整体战略布局， 总体设计单位 应站在振兴国产基础工业生产能力的高度，推进元器件国产化进程。 1 国内外现状 1.1 国内现状 国内对元器件发展的重视在每个五年计划中都有所体现，“十五”、 “十一五”期间，国内关键元器件和电子材料产业在技术创新方面取得 了较大进展，目前对一些分立元器件已经实现了国产化， 且经过多个 型号考核，产品在可靠性等方面得到了验证，总体看来，一些简单的 电阻、电容等元器件已经可以实现国产化，但是在 CPU 集成芯片、 MEMS 技术等方面的技术还有待加强， 对于全面替代进口芯片推进国 产化还有一定难度。 1.2 俄罗斯 负责监管国防工业的副总理德米特里·罗戈津在 2021 年表示，俄 罗斯将不再进口军用电子元器件。 受斯诺登的事件教训， 俄罗斯用于 国防工业的电子元器件必须实现国产化， 以规避黑客入侵的风险。计 算机辅助设计和制造车床“包含的软件设置可以将车床关闭，或者传 输与任务相关的工程参数数据”。 目前电子元器件在航天、 海军、 空军 和装甲车辆领域广泛应用， 必须坚持关键电子元器件在俄罗斯本土生 产的必要性。 俄罗斯致力于建立起国有电子元器件生产基地， 在核弹领域，已 经完全决定不再使用国外电子元器件。其所需的电子元器件将 100% 在俄罗斯境内研发和生产。 1.3 美国 宇航元器件一直处于领先地位的美国高度重视航天用关键元器 件的发展。 美国航空航天局 （NASA） 的 EEE 元器件保证工作组 （NEPAG 和 EEE 元器件与封装项目组（NEPP）具体负责航天关键元器件技术 的研究和任务的实施。其中，NEPP 主要关注抗辐照 FPGA、非易失性 存储器、光电子器件、振荡器等航天关键元器件的研究和开发。虽然 美国对航天元器件关注的方面很多， 但是他们仍注意把有限资源投入 到关键元器件领域，保持了美国在关键元器件的领先地位。 1.4 日本 日本宇航局 （JAXA） 非常重视关键元器件的质量与可靠性工作。 为了摆脱关键元器件对美国的依赖，JAXA 确定了关键元器件发展的 基本政策，重点包括核心元器件国内生产、 维护国内生产线的生产能 力、加强先进技术的研发等。JAXA 根据本国航天的应用需求，结合 国际元器件的整体发展水平，从 2021 年开始实施航天关键元器件的 发展计划，每年都不间断地进行关键元器件项目的推进工作。 1.5 欧洲 欧洲宇航界直到上世纪末， 一直面临元器件的核心技术掌握在美 国人手中的问题。从 2021 年的欧洲宇航局的研究报告中可以看到， 欧洲宇航项目主要采用美国元器件及部分日本元器件， ITAR（国际武 器管制规则） 和其他一些出口政策消减了欧洲高可靠元器件的可获得 性， 欧洲航天关键元器件开始严重依赖美国和欧洲以外的国家。 当时， 面对欧洲宇航元器件受制于外国的形势， 欧洲宇航界高度重视，要求 凡是具有战略重要性的宇航元器件都要欧洲化， 发起了欧洲元器件创 新计划（ECI） ，增加航天关键元器件在欧洲的可获得性，增加合格供 应商的数量，扭转了欧洲的元器件与制造商逐渐减少的趋势。 2 国产化之路 2.1 必要性 随着我国航天事业的发展，载人航天、深空探测、探月工程等多 项工程的实施，对航天器的技术指标、精度提出了越来越高的要求， 然而受制于国内的基础工业制造水平及研发能力， 国产元器件的指标 离型号需求还有一定差距， 尤其是抗辐照大规模 FPGA、CPU、DSP、 长寿命空间行波管等关键元器件的指标还需要进一步提升， 因此众多 型号在设计中更青睐于选择进口元器件。 以某重点型号为例，使用的 关键元器件的国产化率低，导致卫星等系统核心技术指标受制于人； 进口元器件需求中，已识别出存在禁运、停产风险的元器件占进口元 器件需求总数的 1/4 左右，严重影响了型号批产和高密度发射。元器 件已经成为制约航天工程的薄弱环节， 迫使我国必须走自主发展的道 路，实现航天关键元器件的自主发展。 2.2 国产化内涵 元器件国产化的内涵可以从本质属性要求和型号应用要求两个 角度进行阐述。 本质属性方面，要求国产化元器件属性与其对应进口产品一致， 即国产化元器件满足对应进口元器件产品手册或详细规范的规定。 型 号应用方面，国产化元器件应在功能性能、环境适应性、质量等三个 方面满足要求： （1）功能、性能达到进口元器件水平，满足型号要求或可替代 进口元器件。 （2）环境适应性（抗辐射指标等要求或不低于拟选用的进口元 器件水 （3）质量与可靠性满足型号要求。 2.3 推进思路 2.3.1 转换思想 但是美、欧等国家对出口我国的元器件长期实施严格控制， 有些 国家对中国的航天等技术领域进行封锁， 限制军品向我国出口，美国 商务部颁布的出口管理法及其阐释中， 列出了控制对华出口清单，可 供我们选择的只能是商业级或工业级， 该级别产品不适用于空间环境， 受空间辐照、 原子氧等空间环境因素的影响， 极有可能引起器件失效， 从而导致任务失败。即使是国外的元器件，也有可能发生失效，墨西 哥价值 2.5 亿美元的Solidaridad 1卫星由于其中央处理器出现故障停 止工作，该卫星由美国的卫星巨头休斯公司研制， 可见在复杂的空间 环境中，进口元器件也存在风险，在因此作为总体设计单位，不能单 纯的盲目相信进口元器件的指标就一定比国产元器件高。 2.3.2 承担责任 元器件的制造水平直接反映了一个国家基础工业的发展水平， 元 器件的生产制造技术可以带动精密加工等一批产业的发展， 加强国防 基础工业水平，在今年（2021 年）两会政府报告中，提出了“设立新 兴产业创新平台， 在新一代移动通信、 集成电路、 大数据、 先进制造、 新能源、 新材料等方面赶超先进， 引领未来产业的发展”， 可见元器件 产业已经上升为新兴的战略性产业， 作为国家重要型号的总体设计单 位，需要承担起这个历史赋予的责任，通过带动基础工业发展，实现 元器件，尤其是集成路等重要器件国产化， 反过来又可以有效降低型 号的研制费用，从而实现研制、选用的良性循环。 2.3.3 坚持理念 总体设计单位对型号的研制进度、元器件选型都应该提出要求， 以百分百选用国产元器件作为理念， 对单机设备的研制单位提出要求， 尤其是牵涉到国防安全的重要战略型号，更应该以此作为设计准则， 确保所有器件都具有自主知识产权， 一旦紧急状态下，国外进行元器 件出口封锁，我们仍可以自给自足。虽然现阶段，诸多芯片国产化指 标还有待提升， 但对于一些小型号非关键单机还是可以进行元器件百 分百国产化试