7月24日7時33分，在東風商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)，多波段智能紅外遙感衛(wèi)星“中航紅外一號”（西光貳號03星）搭乘力箭一號遙十五運載火箭執(zhí)行一箭五星發(fā)射升空，精準進入預定運行軌道。該衛(wèi)星由航空工業(yè)導彈院旗下中航紅外聯(lián)合商業(yè)航天企業(yè)星火傳明協(xié)同研制。
星載三合一紅外機芯組件項目負責人喬淑暢全程見證星箭分離的關鍵節(jié)點，在她看來，衛(wèi)星成功入軌僅是技術(shù)落地的起點；研究團隊更核心的目標，是通過在軌長期運行，驗證自研新材料、新工藝的實用價值，推動前沿紅外探測技術(shù)在多元新興產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)規(guī)?；涞?。
本次隨星升空的三合一紅外機芯組件為中航紅外完全自主研發(fā)，作為衛(wèi)星核心遙感載荷，它是衛(wèi)星實現(xiàn)天地全域紅外感知的核心硬件，同時一舉實現(xiàn)國內(nèi)商業(yè)航天紅外探測領域多項關鍵性技術(shù)突破。
多波段融合探測技術(shù)：銻化物/超晶格雙材料，打造太空“火眼金睛”
探測器內(nèi)部高性能感光芯片是衛(wèi)星實現(xiàn)高精度天地探測的核心，銻化銦、二類超晶格（T2SL）兩種紅外感光材料，構(gòu)成該載荷的核心“感光視網(wǎng)膜”。星載三合一紅外機芯技術(shù)指導尚超介紹，兩種材料的光譜響應特性直接決定載荷可捕捉的紅外輻射信息，最終定義衛(wèi)星的探測精度、環(huán)境適應邊界與對地觀測能力。
該機芯創(chuàng)新性采用中波+長波的多波段成像融合架構(gòu)，集成銻化銦、二類超晶格紅外探測器件，可同步采集目標物體在不同大氣窗口下的紅外輻射特征，實現(xiàn)兩類紅外探測器在國內(nèi)商業(yè)航天衛(wèi)星平臺的首次在軌工程應用。
多波段融合設計能夠充分利用不同紅外波段的環(huán)境識別差異，大幅提升云霧、沙塵、晝夜溫差等復雜工況下的目標識別能力與抗干擾性能，讓衛(wèi)星不僅能夠完成基礎成像觀測，更能精準區(qū)分目標材質(zhì)、溫度差異，實現(xiàn)精細化全域感知。
星載三合一紅外機芯芯片負責人曹高奇將二類超晶格薄膜生長工藝形象地比作“納米尺度攤煎餅”：通過精準調(diào)控多層半導體薄膜的堆疊周期、厚度配比，定制化匹配不同紅外波段的感光需求。
研發(fā)團隊攻克納米級精密外延生長工藝，實現(xiàn)超晶格薄膜原子級表面平整度，將材料表面缺陷密度降至極低水平；該自研超晶格材料長波紅外響應波長可達11.5 μm，核心性能躋身國際先進梯隊。依托波長靈活可調(diào)的材料優(yōu)勢，為各類定制化星載紅外探測器開發(fā)提供充足技術(shù)支撐。
星火傳明董事長胡邦國對衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化應用前景充滿信心：“依托這款三合一紅外機芯，中航紅外一號實現(xiàn)國內(nèi)商業(yè)遙感衛(wèi)星紅外波段5米地面分辨率重大突破，可清晰捕捉地表細微紋理特征，能夠常態(tài)化執(zhí)行全域紅外預警、航空航路安全監(jiān)測、遠洋航運管控、氣象精細化預測等多元化航天任務。”
航天載荷研發(fā)絕非單純硬件參數(shù)疊加，在嚴苛的衛(wèi)星空間、重量、成本約束下，需要完成空間、重量和成本三者的最優(yōu)平衡；想要讓這套高精度紅外探測“火眼金睛”穩(wěn)定奔赴太空，研發(fā)團隊對機芯每一分重量、每一寸空間都開展極致輕量化優(yōu)化。
分置式斯特林制冷機自研突破：克級輕量化設計，盤活星載有限空間
“衛(wèi)星平臺內(nèi)部空間寸土寸金，載荷重量直接決定火箭發(fā)射成本。”項目負責人喬淑暢表示，對比機載、彈載紅外探測器，星載制冷型紅外載荷對小型化、輕量化、系統(tǒng)集成度有著指數(shù)級提升的嚴苛標準。
針對星載場景輕量化剛需，團隊自主研發(fā)分置式斯特林制冷機，區(qū)別于傳統(tǒng)整體式制冷結(jié)構(gòu)，該方案將壓縮機與膨脹冷頭通過柔性管路分體布局，可根據(jù)衛(wèi)星內(nèi)部整體布局靈活調(diào)整安裝位置、分散布置，大幅優(yōu)化艙內(nèi)空間利用率。整機全套機芯組件自重控制在700克以內(nèi)，在保障充足制冷功率、數(shù)萬小時長壽命在軌可靠性的前提下，突破傳統(tǒng)制冷紅外載荷體積、重量瓶頸，有效降低衛(wèi)星整體載荷負擔，高度適配商業(yè)衛(wèi)星批量組網(wǎng)、常態(tài)化班車化發(fā)射的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。
同時團隊創(chuàng)新采用無接觸間隙密封工藝，規(guī)避傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)長期往復運動帶來的材料磨損問題，大幅降低制冷機內(nèi)部氣體漏率，整機密封可靠性顯著提升，連續(xù)穩(wěn)定工作壽命突破3萬小時。
配套自研高精度驅(qū)動器控制算法、高效分層散熱架構(gòu)，讓制冷機這一紅外探測器的“低溫心臟”，在智能驅(qū)動器精準閉環(huán)調(diào)控下，長期為紅外焦平面芯片提供穩(wěn)定、均勻的深低溫工作環(huán)境，保障衛(wèi)星在軌全生命周期內(nèi)紅外成像畫質(zhì)穩(wěn)定、探測靈敏度無衰減。
從“清晰捕捉天地目標”的探測性能突破，到“輕量化適配太空平臺”的工程落地，中航紅外研發(fā)團隊不僅拓寬了國產(chǎn)星載紅外探測器的性能上限，更完成了研發(fā)思路、跨單位協(xié)同模式、產(chǎn)業(yè)化落地效率的系統(tǒng)性革新。
敏捷迭代研發(fā)模式：航空技術(shù)跨界轉(zhuǎn)化，打通航天與民用產(chǎn)業(yè)雙向賦能
習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會（科技三會）中提出，要完善國家技術(shù)轉(zhuǎn)移體系，培育多元化應用場景與高水平產(chǎn)業(yè)集群，推動自主研發(fā)技術(shù)成果落地轉(zhuǎn)化、迭代升級。
對中航紅外研發(fā)團隊而言，本次星載三合一紅外機芯攻關項目，是航空成熟核心技術(shù)向商業(yè)航天、高端民用產(chǎn)業(yè)跨界轉(zhuǎn)化的標志性實踐。中航紅外總經(jīng)理呂衍秋坦言，團隊在項目推進初期曾面臨研發(fā)思路“水土不服”的難題，在不斷磨合、技術(shù)融合的過程中，探索出一套適配商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新路徑。
傳統(tǒng)航空領域紅外探測器研發(fā)周期長達3至5年，擁有充足時間開展多輪方案迭代、全維度地面環(huán)境模擬驗證、多批次工藝優(yōu)化打磨；而商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)具備短周期、強時效性特征，為匹配本次衛(wèi)星發(fā)射既定節(jié)點，整套三合一紅外機芯從立項到交付僅預留8個月研發(fā)周期。
呂衍秋介紹，研發(fā)團隊立足中航紅外多年積淀的航空級紅外核心技術(shù)底座，完成研發(fā)思維轉(zhuǎn)型：將航空裝備“性能優(yōu)先、可靠性至上”的嚴謹研發(fā)理念，轉(zhuǎn)化為商業(yè)航天適配的“快迭代、高性能、低成本”敏捷開發(fā)思路，采用邊設計、邊驗證、邊優(yōu)化并行研發(fā)模式，最終將整體研發(fā)周期壓縮80%；同時探索出與商業(yè)航天企業(yè)優(yōu)勢互補、聯(lián)合協(xié)同的新型產(chǎn)業(yè)合作模式。依托本次項目成功落地的合作基礎，中航紅外已與星火傳明達成深度合作意向，將聯(lián)合開展“星曜星座”后續(xù)組網(wǎng)遙感衛(wèi)星的載荷研制工作。
隨著商業(yè)航天賽道持續(xù)拓寬紅外技術(shù)應用邊界，中航紅外的技術(shù)布局正同步向多領域延伸。中航紅外董事長段萌表示，除商業(yè)航天遙感領域外，企業(yè)正加速推進自研紅外探測技術(shù)向高鐵運維、大飛機機載感知等高端民用裝備落地；“十五五”期間，企業(yè)將持續(xù)深耕紅外核心器件國產(chǎn)化研發(fā)，推動紅外探測技術(shù)全面滲透國民經(jīng)濟各大重點產(chǎn)業(yè)，以自主光電技術(shù)賦能各行業(yè)智能化升級。
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