航天元器件自主可控工作推進(jìn)與實(shí)施

蘇 磊，董 磊，劉 泓，熊盛陽(yáng)，孫 巖

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引言

隨著中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，航天產(chǎn)品任務(wù)數(shù)量增多，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。元器件是航天器和運(yùn)載器大系統(tǒng)的重要組成部分，是航天產(chǎn)品信息化、智能化和小型化的核心和基礎(chǔ)，它的質(zhì)量直接關(guān)系到整機(jī)設(shè)備的技術(shù)性能和研制進(jìn)程，決定了航天系統(tǒng)產(chǎn)品的性能指標(biāo)和工作壽命。

國(guó)家有關(guān)部門相繼制定了一些管理辦法，旨在推動(dòng)元器件自主發(fā)展，促使航天產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自主可控[1]。中國(guó)歷史上自開展航天產(chǎn)品研制及元器件選用工作以來(lái)，均要求優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)元器件，長(zhǎng)期堅(jiān)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(duì)較好，但也存在一些元器件依賴進(jìn)口的問(wèn)題。

1 元器件自主可控現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 國(guó)內(nèi)外形勢(shì)

國(guó)外航天強(qiáng)國(guó)都把元器件作為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略技術(shù)資源，給予極大的關(guān)注和努力，美國(guó)、歐盟和日本等國(guó)家和地區(qū)均已建立了先進(jìn)的航天元器件制造體系，并注重新工藝技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用。

1.1.1 美國(guó)、歐空局、俄羅斯和日本將自主發(fā)展元器件作為國(guó)家戰(zhàn)略

a）美國(guó)。

美國(guó)一直非常重視航天元器件的發(fā)展。美國(guó)國(guó)防部關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告所述：“現(xiàn)今，美國(guó)軍事系統(tǒng)具備超過(guò)潛在敵人的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，元器件的貢獻(xiàn)最大，可以說(shuō)超過(guò)了所有其他技術(shù)”。以元器件中最核心的微電子專業(yè)為例，美國(guó)在微電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)嵤┑氖侨a(chǎn)業(yè)鏈自主可控戰(zhàn)略。

b）歐空局。

“航天元器件必須由歐洲自主發(fā)展”是歐洲航天局（ESA）的既定方針。自20世紀(jì)90年代初至21世紀(jì)初，歐洲航天局（ESA）、宇航系統(tǒng)制造商和航天元器件生產(chǎn)商都一直在密切關(guān)注歐洲宇航系統(tǒng)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(chǎn)品的自主性和先進(jìn)性（除微電子專業(yè)外其它元器件專業(yè)歐洲基本能夠自主），擺脫對(duì)美國(guó)的依賴，制定了自主可控相關(guān)政策，其體系完整性好于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）制定的標(biāo)準(zhǔn)體系。

c）俄羅斯。

俄羅斯對(duì)軍用元器件產(chǎn)業(yè)采取封閉的管理方式，基本上是走獨(dú)立發(fā)展的道路，從基礎(chǔ)技術(shù)到產(chǎn)品體系與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都不同，產(chǎn)品也不能互換。2013年，俄羅斯總統(tǒng)普京簽署法令，要求即使使用一些性能落后的國(guó)產(chǎn)元器件產(chǎn)品，也決不允許在核威懾力量和導(dǎo)彈防御設(shè)施中使用國(guó)外元器件。

d）日本。

2004年，為了改變宇航級(jí)微電子產(chǎn)品全面進(jìn)口的局面，日本提出空間用全部關(guān)鍵微電子產(chǎn)品要在本土生產(chǎn)，由政府支持相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并提出宇航裝備要優(yōu)先使用國(guó)產(chǎn)元器件產(chǎn)品。同時(shí)，開始構(gòu)造JAXA元器件標(biāo)準(zhǔn)體系，以提高航天計(jì)劃的效率和成功率。1.1.2 進(jìn)口元器件的管制不斷加嚴(yán)

近幾年來(lái)，以美國(guó)為首的西方國(guó)家對(duì)中國(guó)出口管制愈趨嚴(yán)厲。2011年，美國(guó)啟動(dòng)了“軍品管制清單”（USML）和“商業(yè)管制清單”（CCL）兩份出口管制清單的調(diào)整改革，又加大了對(duì)歐洲等國(guó)家生產(chǎn)的、使用了美制元器件的宇航產(chǎn)品對(duì)華出口的限制，導(dǎo)致法國(guó)TED、德國(guó)TESAT等公司準(zhǔn)備出口到中國(guó)的宇航元器件因無(wú)法獲得美國(guó)許可證而遭到禁運(yùn)，目前清單調(diào)整工作仍在進(jìn)行之中，禁運(yùn)范圍將可能不斷增大。

近年來(lái)，日本對(duì)出口許可政策進(jìn)行了重大調(diào)整，對(duì)所有可能用于武器裝備的元器件產(chǎn)品對(duì)中國(guó)嚴(yán)加封鎖。

1.1.3 信息安全形勢(shì)嚴(yán)峻

一些進(jìn)口元器件，主要是高性能集成電路，中國(guó)缺乏測(cè)試手段，部分進(jìn)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(guó)產(chǎn)品體系的矛盾突出

國(guó)家有關(guān)部門對(duì)進(jìn)口元器件選用品種和數(shù)量比例進(jìn)行了限定，對(duì)于重點(diǎn)航天產(chǎn)品更是要求實(shí)現(xiàn)100%的國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。使用非自主可控元器件的內(nèi)外部環(huán)境已經(jīng)十分惡劣，推進(jìn)航天產(chǎn)品裝備元器件自主可控勢(shì)在必行。當(dāng)然，推進(jìn)元器件自主可控工作異常艱難，絕不僅僅是用國(guó)產(chǎn)元器件直接替換進(jìn)口元器件這么簡(jiǎn)單，牽涉到質(zhì)量、進(jìn)度、成本等問(wèn)題，也牽涉到規(guī)劃、研制、選擇、使用等多個(gè)方面。

1.2 進(jìn)口元器件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題無(wú)有效措施

航天產(chǎn)品元器件覆蓋集成電路、光電子器件、微波器件等多個(gè)專業(yè)，涉及CMOS、bipolar、JFET、BiCMOS等多種工藝，技術(shù)領(lǐng)域廣、跨度大[2]。進(jìn)口元器件采購(gòu)環(huán)節(jié)不確定因素較多，產(chǎn)品出現(xiàn)了質(zhì)量問(wèn)題，用戶很難獲取元器件生產(chǎn)過(guò)程的原始數(shù)據(jù)，難以進(jìn)行深入的機(jī)理分析和準(zhǔn)確的問(wèn)題定位，也很難直接與國(guó)外的生產(chǎn)廠進(jìn)行協(xié)調(diào)，質(zhì)量歸零和舉一反三工作難以開展；進(jìn)口元器件失效后，通常只能通過(guò)更換器件的方式進(jìn)行解決，存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)不能徹底解決。此外，由于中間環(huán)節(jié)多，引進(jìn)過(guò)程中還出現(xiàn)過(guò)假冒偽劣現(xiàn)象，也不排除部分進(jìn)口元器件存在安全問(wèn)題。

1.3 航天產(chǎn)品不同部位元器件自主可控風(fēng)險(xiǎn)特征存在差異

航天產(chǎn)品飛行系統(tǒng)和發(fā)射支持系統(tǒng)所用進(jìn)口元器件的自主可控風(fēng)險(xiǎn)特征存在差異，飛行系統(tǒng)受環(huán)境因素等影響，質(zhì)量要求更高，自主可控要求也更高。除質(zhì)量等級(jí)差異外，飛行系統(tǒng)和發(fā)射支持系統(tǒng)元器件的區(qū)別不大，都屬于相對(duì)小眾、專用的元器件類別，見圖1。

對(duì)于發(fā)射支持系統(tǒng)元器件而言，其應(yīng)用特征明顯不同于飛行系統(tǒng)元器件，不論屬于哪類航天產(chǎn)品領(lǐng)域，發(fā)射平臺(tái)所用進(jìn)口元器件多數(shù)為工業(yè)級(jí)，不影響飛行成敗，并且都是通用產(chǎn)品，屬于商用非定制元器件（COTS）類別，主要為通用計(jì)算機(jī)類元器件和汽車電子類元器件，這些元器件與家用計(jì)算機(jī)（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(fā)展速度較快，更新?lián)Q代頻繁，停產(chǎn)后通常會(huì)有大量新型可替代元器件面世。這類民用COTS停產(chǎn)造成問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)較小，屬于“可控”元器件。當(dāng)然，也不排除發(fā)射支持系統(tǒng)可能存在不可控的情況，需要相關(guān)單位逐一梳理識(shí)別。

2 航天元器件自主可控推進(jìn)

2.1 元器件需求規(guī)劃與選用控制

2.1.1 完善元器件需求規(guī)劃體系建設(shè)

需求規(guī)劃及其產(chǎn)品化是牽引航天產(chǎn)品核心元器件自主可控的主要手段。各研制單位應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)航天產(chǎn)品涉及的關(guān)鍵元器件進(jìn)行梳理，提出包括項(xiàng)目研制指標(biāo)、質(zhì)量、進(jìn)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(shù)指導(dǎo)下，聯(lián)合元器件研制單位，形成立項(xiàng)建議，對(duì)形成的初步需求進(jìn)行逐項(xiàng)分析、優(yōu)化，確定分類，并進(jìn)行有效對(duì)接，重點(diǎn)對(duì)接性能指標(biāo)、質(zhì)量與可靠性指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)、進(jìn)度要求等。召開需求審查會(huì)，專家組進(jìn)行技術(shù)把關(guān)，對(duì)各項(xiàng)需求進(jìn)行逐項(xiàng)審核，形成明確意見。與相關(guān)主管部門根據(jù)需求對(duì)接、審查結(jié)果，組織需求落實(shí)，確保全面落實(shí)航天產(chǎn)品關(guān)鍵元器件需求。

2.1.2 加強(qiáng)元器件自主可控管控力度

近年來(lái)，航天產(chǎn)品大量采用新型電子技術(shù)，導(dǎo)致航天產(chǎn)品存在大量的外協(xié)研制任務(wù)。一方面造成了各電子設(shè)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(chǎn)品一次配套單位對(duì)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(jìn)存在的問(wèn)題

近年來(lái)，雖然航天產(chǎn)品元器件自主可控工作取得了一定進(jìn)展，但仍然存在一定的問(wèn)題。

a）由于中國(guó)元器件工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，國(guó)產(chǎn)元器件往往存在自身指標(biāo)偏差大、質(zhì)量可靠性不穩(wěn)定、供貨保障性差等問(wèn)題，導(dǎo)致單機(jī)設(shè)計(jì)人員往往更偏向于使用進(jìn)口元器件。

b）隨著國(guó)內(nèi)元器件研制單位技術(shù)水平和制造工藝能力的不斷提高，部分元器件已經(jīng)具備替代類似航天產(chǎn)品的進(jìn)口元器件的性能指標(biāo)。但由于新研元器件在航天產(chǎn)品使用經(jīng)歷有限，有些甚至沒(méi)有飛行經(jīng)歷，還可能存在常規(guī)的元器件級(jí)測(cè)試、篩選難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，在后續(xù)板級(jí)、整機(jī)級(jí)試驗(yàn)甚至航天產(chǎn)品出廠測(cè)試環(huán)節(jié)暴露出來(lái)，給航天產(chǎn)品研制進(jìn)度和質(zhì)量帶來(lái)問(wèn)題。

c）除元器件研制經(jīng)費(fèi)自身的保障外，后續(xù)元器件的應(yīng)用驗(yàn)證工作也需大量的經(jīng)費(fèi)支持。對(duì)于具有相同或相近性能指標(biāo)的元器件，國(guó)產(chǎn)元器件的價(jià)格往往比進(jìn)口元器件的價(jià)格貴幾倍甚至幾十倍、上百倍，從而增加了整機(jī)的成本，導(dǎo)致了利潤(rùn)的降低，是自主可控工作中的一個(gè)重要障礙[3]。

d）已定型航天產(chǎn)品，單機(jī)技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)固化，元器件選型的更改難度較大。已定型航天產(chǎn)品經(jīng)歷過(guò)地面整機(jī)、系統(tǒng)試驗(yàn)，經(jīng)歷過(guò)可靠性增長(zhǎng)或加強(qiáng)試驗(yàn)的考核，經(jīng)歷了飛行試驗(yàn)的驗(yàn)證，與航天產(chǎn)品相結(jié)合的相關(guān)元器件應(yīng)用成熟度較高。如果對(duì)其中部分元器件進(jìn)行國(guó)產(chǎn)元器件替代，將面對(duì)驗(yàn)證充分性的考驗(yàn)，技術(shù)難度較大，如果需要開展飛行驗(yàn)證，則相關(guān)工作將面臨巨大的時(shí)間與經(jīng)費(fèi)投入。

3 航天元器件自主可控實(shí)施

目前，航天產(chǎn)品元器件自主可控推進(jìn)過(guò)程中存在問(wèn)題，要建立航天產(chǎn)品元器件自主可控工作機(jī)制，建設(shè)全面支撐航天產(chǎn)品自主、安全、可控的元器件產(chǎn)品體系的工作目標(biāo)。

3.1 落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任制，行政推進(jìn)元器件自主可控實(shí)施

落實(shí)國(guó)家有關(guān)部門要求，結(jié)合航天產(chǎn)品需求的輕重緩急及航天產(chǎn)品研制階段特點(diǎn)，統(tǒng)籌制定元器件自主可控工作方案，確定總體目標(biāo)和階段目標(biāo)，推進(jìn)自主可控工作。

將元器件自主可控工作要求和年度工作內(nèi)容納入到對(duì)各航天產(chǎn)品參研單位責(zé)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(shí)。航天產(chǎn)品參研單位責(zé)任人是元器件自主可控工作的第一責(zé)任人。各航天產(chǎn)品參研單位應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品及本單位特點(diǎn)，確定元器件自主可控工作目標(biāo)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)資源，按計(jì)劃推進(jìn)實(shí)施。

指定一名專人負(fù)責(zé)本航天產(chǎn)品元器件自主可控工作，依托元器件專業(yè)管理與技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)，協(xié)助航天產(chǎn)品負(fù)責(zé)人開展好相關(guān)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(jī)構(gòu)外，明確一名主管領(lǐng)導(dǎo)及管理部門具體負(fù)責(zé)元器件自主可控工作；總體單位要負(fù)責(zé)全航天產(chǎn)品的元器件自主可控工作，系統(tǒng)抓總單位要負(fù)責(zé)本系統(tǒng)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(fù)責(zé)，層層分解、組織落實(shí)好元器件自主可控工作。

3.2 持續(xù)開展需求論證和規(guī)劃調(diào)整

需求調(diào)研和論證是一個(gè)多方協(xié)調(diào)的過(guò)程，需求調(diào)研和論證工作應(yīng)持續(xù)開展，將需求轉(zhuǎn)化為規(guī)劃，將規(guī)劃的產(chǎn)品指標(biāo)不斷地具體化、準(zhǔn)確化。

針對(duì)航天產(chǎn)品領(lǐng)域特點(diǎn)，形成電氣系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，并以此為基礎(chǔ)，形成微處理器、總線、AD/DA等核心元器件的技術(shù)指標(biāo)需求體系。做好需求的統(tǒng)籌，使各航天產(chǎn)品的需求最小化，降低航天產(chǎn)品對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)品水平的要求。積極跟蹤航天產(chǎn)品發(fā)展和電氣系統(tǒng)發(fā)展的變化情況，及時(shí)結(jié)合中國(guó)元器件基礎(chǔ)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整規(guī)劃，確保需求規(guī)劃目錄既有延續(xù)性又能動(dòng)態(tài)優(yōu)化，能持續(xù)發(fā)揮作用。

3.3 加強(qiáng)應(yīng)用驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)能力建設(shè)和產(chǎn)品的應(yīng)用驗(yàn)證工作

應(yīng)用驗(yàn)證是國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品走向工程化應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)，建立元器件熱學(xué)環(huán)境適應(yīng)性、力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)分析、極限評(píng)估、功能電性能、安裝狀態(tài)性能評(píng)價(jià)、抗自然輻照評(píng)價(jià)等驗(yàn)證技術(shù)平臺(tái)。通過(guò)應(yīng)用驗(yàn)證，確?；A(chǔ)產(chǎn)品的研制工作真正有的放矢，及早發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)產(chǎn)品在航天產(chǎn)品應(yīng)用中可能存在的問(wèn)題，支撐新型元器件在航天產(chǎn)品上的應(yīng)用，提高產(chǎn)品的工程化應(yīng)用水平。

3.4 建立自主可控產(chǎn)品體系

在自主可控產(chǎn)品規(guī)劃過(guò)程中注重產(chǎn)品體系的建立，完整覆蓋航天產(chǎn)品電氣系統(tǒng)對(duì)不同種類、不同功能、不同性能的產(chǎn)品需求。對(duì)于新立項(xiàng)航天產(chǎn)品或航天產(chǎn)品新設(shè)計(jì)的單機(jī)，要嚴(yán)格控制進(jìn)口元器件的選用，有效控制“增量”進(jìn)口元器件。在已有需求規(guī)劃，已有國(guó)產(chǎn)器件型譜化、系列化、產(chǎn)品化的目錄基礎(chǔ)上，壓縮品種，優(yōu)先選用，不得以各種理由不選用國(guó)產(chǎn)化元器件。對(duì)于已有產(chǎn)品體系不能解決的，在航天產(chǎn)品論證初期，通過(guò)源頭控制的機(jī)制，不再選用新的進(jìn)口元器件，有效控制增量。

在推進(jìn)產(chǎn)品化工作中，必須落實(shí)自主可控工作要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)、整合資源、壓縮品種。對(duì)產(chǎn)品化單機(jī)中已選進(jìn)口元器件，必須更改設(shè)計(jì)，采用國(guó)產(chǎn)化元器件替代。

3.5 建議國(guó)家制定相關(guān)政策，推進(jìn)已定型航天產(chǎn)品元器件自主可控工作的落實(shí)

隨著中國(guó)元器件基礎(chǔ)水平的發(fā)展，陸續(xù)有各類產(chǎn)品的面世，這些產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)必要的驗(yàn)證之后，可以對(duì)現(xiàn)有航天產(chǎn)品前期選用的進(jìn)口元器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。但由于目前中國(guó)航天產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管控的政策和制度對(duì)于已定型裝備較為嚴(yán)格，任何替換均需要通過(guò)大量的工作和審批流程，客觀上阻礙了此類航天產(chǎn)品元器件自主可控工作的推進(jìn)。建議國(guó)家針對(duì)此類問(wèn)題制定對(duì)應(yīng)的政策，優(yōu)化元器件設(shè)計(jì)更改的驗(yàn)證、審批、評(píng)審等工作流程和工作要求，降低已定型航天產(chǎn)品元器件國(guó)產(chǎn)化替換的難度，鼓勵(lì)自主可控工作的開展。

4 結(jié)束語(yǔ)

自主可控關(guān)系到國(guó)家制造能力的提升，也是航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路，是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱巨和復(fù)雜的工作。盡管國(guó)產(chǎn)化元器件質(zhì)量與產(chǎn)品成熟度不足、單機(jī)應(yīng)用存在風(fēng)險(xiǎn)、研制經(jīng)費(fèi)不到位等，但確定航天產(chǎn)品元器件自主可控工作機(jī)制，建設(shè)全面支撐航天產(chǎn)品自主、安全、可控的元器件產(chǎn)品體系勢(shì)在必行。