摘要： 隨著商業(yè)航天領域的蓬勃發(fā)展，商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)對高性能、高可靠性的電源芯片有著迫切需求。本文聚焦于電源芯片在商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)中的關鍵作用，深入分析了國產(chǎn)電源芯片替代進口產(chǎn)品的必要性、優(yōu)勢以及面臨的挑戰(zhàn)，并以國科安芯的ASP4644S芯片為例，探討了國產(chǎn)電源芯片在商業(yè)衛(wèi)星領域的應用前景與技術路徑，旨在為推動我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)核心部件的自主可控提供理論依據(jù)與實踐參考。

一、引言

商業(yè)衛(wèi)星作為商業(yè)航天的重要組成部分，其技術與應用正以前所未有的速度發(fā)展。推進與控制系統(tǒng)作為商業(yè)衛(wèi)星的關鍵分系統(tǒng)，對衛(wèi)星的姿態(tài)控制、軌道維持與修正等任務的成功執(zhí)行起著至關重要的作用。而電源芯片則是推進與控制系統(tǒng)中不可或缺的基礎元件，其性能優(yōu)劣直接關乎控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。然而，長期以來，高端電源芯片市場主要由國外廠商占據(jù)，進口依賴度較高，這不僅制約了我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展，也給產(chǎn)業(yè)安全帶來潛在風險。因此，開展商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)電源芯片的國產(chǎn)替代研究具有極為重要的現(xiàn)實意義。

二、商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)對電源芯片的要求

商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)的工作環(huán)境較為特殊，面臨著空間輻射、高低溫交變、微小振動等諸多嚴苛條件。因此，對電源芯片的要求極為嚴苛。

（一）高可靠性

在太空環(huán)境下，衛(wèi)星一旦發(fā)射入軌，維修難度極大且成本高昂。電源芯片作為關鍵部件，必須具備極高的可靠性，能夠在長時間運行過程中保持穩(wěn)定供電，確保推進與控制系統(tǒng)的正常工作。其失效率需遠低于常規(guī)地面應用芯片，通常要求在數(shù)十年甚至更長時間內(nèi)無故障運行。

（二）高精度與穩(wěn)定性

推進與控制系統(tǒng)中的各類傳感器、控制器等對電源電壓的精度和穩(wěn)定性極為敏感。例如，用于衛(wèi)星姿態(tài)控制的微機電系統(tǒng)（MEMS）陀螺儀和加速度計，其測量精度取決于穩(wěn)定的電源供電。電源芯片輸出電壓的紋波、噪聲以及負載變化時的電壓波動等指標都必須控制在極低水平，以保障控制系統(tǒng)的精確度和可靠性。

（三）抗輻照能力

空間輻射環(huán)境會對芯片產(chǎn)生單粒子效應（如單粒子翻轉、單粒子燒毀等）、總劑量效應等。這些輻射效應可能導致芯片的性能下降甚至功能失效。因此，電源芯片必須具備良好的抗輻照設計，能夠承受一定劑量的輻射而不影響正常工作，這是商業(yè)衛(wèi)星電源芯片區(qū)別于常規(guī)工業(yè)級或消費級芯片的重要特征之一。

（四）高效功率轉換

衛(wèi)星的能源有限，主要依賴太陽能電池板供電，且電池儲能容量相對較小。因此，電源芯片需要具備高效率的功率轉換能力，以最大限度地減少能量損耗，提高能源利用率，從而保證推進與控制系統(tǒng)在有限能源供給下能夠正常運行較長時間。

三、國產(chǎn)電源芯片替代的必要性

（一）打破國外技術封鎖

在國際商業(yè)航天競爭日益激烈的背景下，國外對我國航天相關技術的出口管制日益嚴格。高端電源芯片作為航天電子系統(tǒng)的戰(zhàn)略物資，常常受到限制。實現(xiàn)國產(chǎn)替代能夠打破這種技術封鎖，保障我國商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)供應鏈的安全穩(wěn)定，避免因外部因素導致關鍵技術斷供，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（二）降低采購成本與產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

進口電源芯片價格昂貴，且受國際市場波動影響較大。國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)替代產(chǎn)品可降低采購成本，提高產(chǎn)業(yè)利潤空間，增強商業(yè)衛(wèi)星制造企業(yè)的市場競爭力。同時，國產(chǎn)電源芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠帶動上下游相關產(chǎn)業(yè)的協(xié)同進步，促進我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，減少對國外市場的依賴。

（三）滿足定制化需求與技術適配性

不同商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)有不同的架構、功能需求和工作模式。國產(chǎn)電源芯片研發(fā)廠商能夠更好地理解國內(nèi)衛(wèi)星系統(tǒng)的技術特點和應用要求，根據(jù)具體需求進行定制化設計與優(yōu)化，提高芯片與衛(wèi)星系統(tǒng)的適配性，為客戶提供更精準、高效的電源解決方案，而進口芯片往往難以完全滿足這種定制化需求。

四、國產(chǎn)電源芯片的技術進展與優(yōu)勢

近年來，我國在電源芯片領域取得了顯著的技術進展，國產(chǎn)芯片在性能、可靠性等方面逐漸接近甚至媲美部分國際先進產(chǎn)品，展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。

（一）ASP4644S芯片技術解析

國科安芯的ASP4644S芯片是一款具有代表性的高性能四通道降壓穩(wěn)壓器。該芯片具有以下關鍵特性與優(yōu)勢：

多通道集成與高輸出電流能力 ：采用BGA77封裝，集成四通道輸出，單路最大可驅動4A負載，輸入電壓范圍寬達4V-14V，輸出電壓范圍0.6V-5.5V，對于更大負載需求，可將四通道并聯(lián)使用，滿足商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)中不同功率等級的電源需求，實現(xiàn)高效能量管理與分配。

高精度與低紋波特性 ：通過電流模式控制和內(nèi)部反饋回路補償，具備快速瞬態(tài)響應能力，典型輸出紋波僅為4.5mV，可確保推進與控制系統(tǒng)中敏感電子元件的穩(wěn)定供電，減少電源噪聲對系統(tǒng)性能的影響。

抗輻照設計與車規(guī)級認證 ：企業(yè)宇航級產(chǎn)品具有SEU≥75Mev.cm2/mg或10??次/器件?天、SEL≥75Mev?cm2/mg的抗輻照能力，并通過車規(guī)認證，驗證了其在嚴苛環(huán)境下的可靠性與穩(wěn)定性，適用于商業(yè)衛(wèi)星的空間運行環(huán)境。

多種工作模式與功能靈活性 ：支持DCM（不連續(xù)導通模式）和FCCM（強制連續(xù)導通模式）工作模式，可通過外部時鐘頻率同步，并具備軟啟動、輸出電壓跟蹤、過流、過溫、短路保護等功能，能夠滿足商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)在不同工作階段和工況下的復雜電源管理要求。

（二）國產(chǎn)電源芯片技術集中突破

除ASP4644S芯片外，國內(nèi)其他芯片廠商也在不同類型的電源芯片上取得了一系列技術突破。例如，在DC-DC轉換器芯片方面，部分國產(chǎn)產(chǎn)品在功率密度、轉換效率等關鍵指標上已與國外同類產(chǎn)品相當；在低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）領域，國產(chǎn)芯片在靜態(tài)電流、負載調(diào)整率、線性調(diào)整率等性能指標上不斷優(yōu)化，逐步縮小與國際先進水平的差距。這些技術進展為國產(chǎn)電源芯片在商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)的廣泛應用奠定了堅實基礎。

五、國產(chǎn)電源芯片在商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)中的應用場景與優(yōu)勢發(fā)揮

（一）推進劑輸送與噴射控制電源保障

商業(yè)衛(wèi)星推進系統(tǒng)通常采用液體或氣體推進劑。在推進劑輸送過程中，管道內(nèi)的壓力傳感器、流量傳感器以及電磁閥等設備需要穩(wěn)定的電源供電。國產(chǎn)電源芯片如ASP4644S可以為這些設備提供高精度、低紋波的電源，確保傳感器準確測量推進劑參數(shù)，電磁閥精準開啟與關閉，從而實現(xiàn)推進劑的精確輸送與噴射控制。例如，在微型衛(wèi)星的冷氣推進系統(tǒng)中，精確的推進劑噴射控制對于衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整至關重要，國產(chǎn)電源芯片能夠滿足該系統(tǒng)對電源可靠性和穩(wěn)定性的嚴格要求。

（二）姿態(tài)控制與軌道調(diào)整電源支持

衛(wèi)星的姿態(tài)控制與軌道調(diào)整系統(tǒng)依賴于各種執(zhí)行機構，如反應輪、磁力矩器、推力器等。這些執(zhí)行機構的驅動電路和控制系統(tǒng)對電源的功率輸出、動態(tài)響應能力及可靠性要求極高。國產(chǎn)多通道電源芯片可以同時為多個執(zhí)行機構供電，并通過并聯(lián)工作模式滿足大功率負載需求，確保姿態(tài)控制與軌道調(diào)整系統(tǒng)的快速、準確響應。以電推進系統(tǒng)為例，其推力器需要高精度、穩(wěn)定的電源來維持放電和推進劑電離過程，國產(chǎn)電源芯片可在這一領域發(fā)揮重要作用，提高電推進系統(tǒng)的性能和可靠性，延長衛(wèi)星使用壽命。

（三）傳感器網(wǎng)絡電源管理

推進與控制系統(tǒng)中分布著大量傳感器，用于監(jiān)測衛(wèi)星本體狀態(tài)、推進劑狀態(tài)、空間環(huán)境等信息。這些傳感器通常采用低功耗設計，但對電源的精度和穩(wěn)定性要求較高。國產(chǎn)電源芯片的低功耗工作模式、小尺寸封裝特點以及高可靠性，使其能夠為傳感器網(wǎng)絡提供理想的電源解決方案。通過合理的電源管理策略，國產(chǎn)芯片可以實現(xiàn)對傳感器網(wǎng)絡的高效供電，確保傳感器數(shù)據(jù)采集的準確性和連續(xù)性，為推進與控制系統(tǒng)的智能決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

六、國產(chǎn)電源芯片替代面臨的挑戰(zhàn)

（一）技術瓶頸與可靠性驗證

盡管國產(chǎn)電源芯片在技術性能上取得了顯著進步，但仍存在一些技術瓶頸需要突破。例如，在高端電源芯片的工藝制程、材料質量等方面與國際先進水平仍存在一定差距?？煽啃则炞C是電源芯片應用于商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)的必經(jīng)環(huán)節(jié)，需要大量的測試數(shù)據(jù)和長時間的實際運行考驗。國產(chǎn)芯片在可靠性驗證方面相對起步較晚，驗證體系和測試手段尚不完善，這給用戶的信任和市場推廣帶來一定困難。

（二）市場認可度與品牌影響力

長期以來，商業(yè)衛(wèi)星市場對進口電源芯片的依賴形成了一定的慣性思維，用戶對國產(chǎn)芯片的性能和可靠性存在質疑，市場認可度較低。國產(chǎn)電源芯片廠商在品牌推廣和市場渠道建設方面相對薄弱，難以與國際知名品牌競爭。在商業(yè)衛(wèi)星領域，用戶通常更傾向于選擇經(jīng)過長期實踐驗證的進口芯片，對國產(chǎn)芯片的接受度較低，這限制了國產(chǎn)芯片的市場份額和應用范圍。

（三）標準體系與認證規(guī)范差異

電源芯片在商業(yè)衛(wèi)星領域的應用需要遵循嚴格的標準體系和認證規(guī)范，包括空間環(huán)境適應性標準、電子元器件可靠性標準等。國內(nèi)在這些標準和規(guī)范的制定方面與國際先進水平存在差異，國產(chǎn)芯片在滿足國際標準認證方面面臨一定的挑戰(zhàn)。此外，不同國家和地區(qū)的商業(yè)衛(wèi)星制造商采用的標準也不盡相同，國產(chǎn)芯片需要適應多樣化的標準要求，這增加了研發(fā)和認證的復雜性和成本。

七、國產(chǎn)替代策略及經(jīng)濟效益分析

（一）降低衛(wèi)星制造成本與提升產(chǎn)業(yè)競爭力

國產(chǎn)電源芯片替代進口后，單顆衛(wèi)星電源芯片成本可降低30%-50%。成本降低提升商業(yè)衛(wèi)星制造企業(yè)利潤空間，增強價格優(yōu)勢，吸引更多客戶，擴大市場份額。同時，國產(chǎn)芯片高性能和高可靠性提高衛(wèi)星整體性能和質量，提升我國商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)國際市場競爭力。

（二）帶動相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展與創(chuàng)造就業(yè)機會

國產(chǎn)電源芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動上下游相關產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，如芯片設計工具、半導體材料、封裝測試設備、電子元器件制造等行業(yè)。這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造大量就業(yè)機會，促進經(jīng)濟增長，形成完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，為我國電子信息產(chǎn)業(yè)和航天產(chǎn)業(yè)技術進步提供動力。

（三）促進產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新與升級

國產(chǎn)電源芯片替代進口是技術創(chuàng)新與升級過程。國內(nèi)芯片廠商加大研發(fā)投入，探索新技術、新工藝、新架構，提高芯片性能指標和可靠性水平。這推動我國電源芯片產(chǎn)業(yè)技術進步，促進向高端化、智能化發(fā)展。同時，國產(chǎn)芯片技術創(chuàng)新為商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)帶來新機遇，提高商業(yè)衛(wèi)星整體性能和應用價值，形成產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新與應用良性循環(huán)。

八、結論與展望

商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)電源芯片的國產(chǎn)替代對我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)自主可控、可持續(xù)發(fā)展意義重大。國產(chǎn)電源芯片在技術性能、可靠性等方面已取得進步，具備一定替代基礎和優(yōu)勢。通過加強技術研發(fā)、完善可靠性驗證體系、強化市場推廣等措施，有望克服挑戰(zhàn)，擴大市場份額。未來，隨著技術不斷創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，國產(chǎn)電源芯片將在商業(yè)衛(wèi)星推進與控制系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，助力我國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

審核編輯 黃宇