从总体设计人员角度思考推进元器件国产化之路

摘 要随着航天事业的快速发展，各型号对可靠性指标提出了越来越高的要求，元器件作为火箭等运载器的基本组成单位，直接影响到型号的成败，但受制于国内的工艺、加工及设计水平，目前单机研制单位在选用元器件时更加青睐于选择进口芯片，为了响应国家的整体战略布局，推进元器件国产化进程，作为航天型号的总体设计单位应该从顶层策划，在型号研制初期即将元器件国产化的总体思路纳入到方案论证中，总体需要从元器件国产率指标、选型指导以及参与元器件调研等多方面入手，推进国产化之路。

【关键词】总体 元器件 国产化

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2013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2003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2004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（2014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点，以型号需求来牵引元器件国产，通过型号验证后，国产元器件才可能被更多的型号认可，进而实现批量化生产。

2.3.4 全程参与

总体在型号的论证初期就将元器件的国产化纳入到方案中，对现阶段确有不能实现的国产化的元器件单独列出，明确解决途径，对于可以通过技术攻关完成研制的集成电路器件，应进行充分的风险分析和评估，对可以作为关键技术的攻关项目，申请研制经费。待立项后，为了确保元器件的研制进展，总体应参与元器件研制规划、攻关步骤，并对方案进行评审把关，参与关键试验，并完成验收。利用总体全程跟踪参与的方式，确保研制状态受控。

3 结论

在型号中百分百推进元器件的国产化还有漫长的道路，其中的影响因素不是总体单位和研制单位就能解决的，还受制于工业水平，但是作为型号的总体单位，应该秉持国产化的思想，推动国产化前行。

参考文献

[1]The EXPORT ENFORCEMENT ACT OF 2007.U.S.Department of Commerce，2007.

[2]Revisions and Clarification of Export and Re-export controls for the Pelple"s Republic of China，U.S.Department of Commerce，2007.

[3]朱明让.日本航空航天用元器件策略[Z].国际宇航元器件发展态势，2009（42）.

[4]某型号元器件国产化实施方案[Z].航天标准化与产品保证研究院，2011（10）.

作者简介

孙建（1984-），男，四川省资阳市人。硕士学历。目前在中国运载火箭技术研究院研发中心从事项目管理工作。

作者单位

中国运载火箭技术研究院研发中心 北京市 100076