译电者 第865章 星地链路设计

卷首语

1970 年 2 月 19 日 14 时 37 分，北京航天技术研究所的晶体管测试实验室里，老吴（晶体管专家）的手指在显微镜下停顿 —— 镊子夹着的 “3AX81H” 晶体管，引脚仅 0.37 毫米粗，比 “67 式” 用的 “3AX81” 细了近一半。他将晶体管放进 - 50℃的低温测试槽，屏幕上的放大倍数（β 值）从 37 缓慢降至 31，仍在合格范围，而 “67 式” 的普通晶体管在 - 37℃就已降至 27，无法满足星地链路需求。

周明远（硬件适配）凑过来，手里攥着 1969 年珍宝岛的 “67 式” 维修记录，纸页上 “晶体管低温失效导致通信中断” 的字样被红笔圈出：“‘67 式’在地面 - 37℃还能凑合用，到太空 - 50℃加辐射，普通管子肯定扛不住。” 实验室外，陈恒（技术统筹）正协调南京电子管厂加急生产这批改进型晶体管，电话里传来 “今天能送 19 只样品” 的答复，他悬着的心稍缓 —— 星地链路的核心 “心脏”，就靠这小小的晶体管撑着。

李敏（算法骨干）在一旁调试星地加密模块，示波器上的星地信号波形忽明忽暗，她知道，若晶体管放大倍数不稳定，哪怕误差 0.37，加密后的遥测数据也会错位。“必须让管子在太空里跟地面一样靠谱。” 她的话，说出了所有人的心声 —— 从 “67 式” 的地面晶体管，到星地链路的空间适应版，这不仅是技术升级，更是把地面实战的可靠性，托举到 370 公里外的太空。

一、技术基础：“67 式” 晶体管的地面实战积累

1967-1969 年，“67 式” 通信设备在地面的广泛应用，为晶体管技术积累了宝贵的实战数据 —— 其采用的 “3AX81” 锗功率晶体管（β=37-67，Ic=100mA，Uce=12V），在边境低温、潮湿、强干扰环境下的表现，成为后续星地链路晶体管升级的 “基准样本”。这些实战中验证的参数、故障模式与改进经验，是空间适应版晶体管设计的核心依据，避免了 “从零研发” 的风险。

“3AX81” 晶体管的地面可靠性验证。1969 年珍宝岛冲突期间，19 个哨所的 “67 式” 设备共使用 “3AX81” 晶体管 737 只，经战后统计，在 - 37℃至 37℃环境下，平均无故障工作时间（MTBF）达 1900 小时，故障率仅 3.7%，主要故障为低温下 β 值漂移（-37℃时平均下降 19%）、潮湿环境下引脚氧化（湿度 67% 时接触电阻增加 0.37Ω）。周明远在维修日志里写：“这管子在地面算扛造的，但到了太空，温度更低、还有辐射，现有的性能肯定不够。” 这些数据，明确了空间适应版需要突破的 “低温稳定性”“抗辐射性” 两大核心痛点。

地面实战中的 “故障改进” 为升级提供思路。针对 “67 式” 晶体管的低温漂移问题，1969 年 4 月，周明远团队曾尝试在晶体管外壳包裹 0.19 毫米厚的保温棉，使 - 37℃下 β 值下降幅度从 19% 缩至 9%；针对引脚氧化，采用镀金处理，接触电阻增加量降至 0.07Ω。这些 “地面改进” 虽简单，却为空间适应版提供了 “环境防护” 的初步思路 —— 太空环境更极端，需将 “保温” 升级为 “材料耐低温”，“镀金” 升级为 “抗辐射涂层”。老吴在分析这些改进时说：“地面的小技巧，放大到太空就是大技术，关键是找到问题的根源。”

晶体管在 “67 式” 核心模块中的作用定位。“67 式” 的跳频模块、加密运算模块、电源模块，均以 “3AX81” 为核心放大元件：跳频模块中，晶体管负责将 150 兆赫的跳频信号放大至 17 分贝，确保抗干扰传输；加密模块中，晶体管驱动非线性运算电路，保证 r=3.71 参数的稳定输出；电源模块中，晶体管作为调整管，稳定 1.5 伏输出电压。李敏在算法与硬件适配时发现：“晶体管的 β 值波动 1%，加密模块的运算误差就会增加 0.37%，星地链路容不得这么大误差。” 这种 “晶体管 - 模块 - 整体性能” 的关联逻辑，被完整迁移至星地链路设计。

1969 年的 “晶体管国产化” 经验保障供应。“67 式” 采用的 “3AX81” 由南京电子管厂量产，1969 年产量达 37 万只，国产化率 100%，这为空间适应版的快速研发奠定了产能基础。当 1970 年 2 月星地链路需要改进型晶体管时，南京电子管厂能在 72 小时内提供样品，正是基于 “3AX81” 的成熟生产线。陈恒在协调资源时说：“要是依赖进口管子，别说 72 小时，72 天都未必能拿到，国产化是我们的底气。”

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喜欢译电者请大家收藏：()译电者全本小说网更新速度全网最快。1970 年 1 月，星地链路晶体管升级启动前，技术团队整理出《“67 式” 晶体管实战数据报告》，明确 “空间适应版需满足：-50℃至 40℃β 值波动≤10%、抗辐射剂量≥1×10?rad、MTBF≥3700 小时（是地面的 2 倍）”—— 这些指标不是凭空设定，而是基于地面实战数据的 “太空级提升”，确保升级后的晶体管既能适应新环境，又有成熟技术支撑。

二、需求差异：星地链路对晶体管的 “太空级” 要求

1970 年 “东方红一号” 星地链路的设计需求，与 “67 式” 的地面通信存在本质差异 —— 太空环境的 “极端低温、强辐射、微重力”，对晶体管的材料、结构、参数稳定性提出 “量级跃升” 的要求，每一项需求都对应着具体的太空风险，若不满足，星地链路将面临 “通信中断”“数据错误” 的致命问题，这些需求差异，是晶体管升级的核心导向。

低温稳定性：从地面 - 37℃到太空 - 50℃的突破。“67 式” 的 “3AX81” 在 - 37℃时 β 值平均下降 19%，虽能通过保温棉缓解，但星地链路中，卫星在地球阴影区温度低至 - 50℃，且无法加装保温棉（影响散热与重量），要求晶体管在 - 50℃下 β 值下降≤10%。根据《星地链路环境需求书》（编号 “星 - 环 - 7002”），若 β 值下降超 10%，星地信号放大倍数将不足，导致地面接收灵敏度从 - 117dBm 降至 - 107dBm，370 公里外的地面站可能收不到信号。老吴在低温测试时发现：“普通锗管在 - 50℃时，载流子迁移率下降太快，必须改材料配方。”

抗辐射性：地面无需求到太空 1×10?rad 的刚需。地面环境的辐射剂量仅 0.1rad / 年，“67 式” 晶体管无需考虑抗辐射；但近地轨道（370 公里）的辐射剂量达 1×10?rad / 年，γ 射线与高能粒子会击穿晶体管的 PN 结，导致漏电电流（Iceo）从 10μA 增至 100μA，甚至烧毁管子。1970 年 1 月的辐射模拟测试显示，“3AX81” 在 1×10?rad 辐射后，故障率达 67%，完全无法使用。李敏强调：“星地链路传输的是卫星遥测数据，一旦晶体管被辐射损坏，就没法实时监控卫星状态，风险太大。” 抗辐射，成了空间适应版晶体管的 “生死指标”。

微重力环境：地面无影响到太空 “结构可靠性” 的新要求。地面重力环境下，晶体管的引脚焊接、内部结构稳定；但太空微重力环境下，若晶体管封装不牢固，可能出现 “引线脱落”“芯片移位” 等问题 ——“67 式” 晶体管采用普通树脂封装，引脚仅靠焊锡固定，在微重力下（模拟测试中），19% 的样品出现引脚松动。星地链路要求晶体管采用 “金属外壳 点焊固定”，确保微重力下无结构失效，同时封装厚度≤0.37 毫米（控制重量）。周明远在封装测试时说：“卫星上天后，哪怕一个引脚松了，整个链路就废了，封装必须比地面结实 10 倍。”

参数一致性：从地面 “批次合格” 到太空 “个体精准”。“67 式” 晶体管的 β 值允许范围为 37-67，批次内差异可达 30%，地面设备可通过电位器微调适配；但星地链路的晶体管需安装在卫星狭小空间内，无法现场调整，要求同批次 β 值差异≤7%（37-44），否则不同模块的信号放大不一致，导致加密数据同步误差超 0.19 秒。1970 年 2 月，南京电子管厂提供的首批 19 只改进型晶体管，β 值差异达 17%，被老吴全部退回：“地面能凑合用，太空不行，每个管子的参数都要一样准。”

功耗控制：从地面 “粗放” 到太空 “精准”。“67 式” 晶体管的功耗≤190mW，地面设备有充足电源供应；但卫星电源容量有限（“东方红一号” 蓄电池容量仅 19Ah），要求晶体管功耗≤70mW，同时保持放大性能不变。若功耗超标，星地链路每天将多消耗 0.37Ah 电量，缩短卫星在轨寿命。陈恒在功耗评估时说：“卫星的电要省着用，晶体管多耗 1mW，卫星可能就少工作 1 天。”

这些需求差异，本质是 “地面容错” 与 “太空零容错” 的区别 ——“67 式” 的晶体管故障可通过维修、重发弥补，而星地链路的晶体管故障无法挽回，这也决定了空间适应版的升级必须 “极致严谨”，每一项参数都要经得起太空环境的检验。

三、升级攻坚：材料、结构与参数的三重突破

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喜欢译电者请大家收藏：()译电者全本小说网更新速度全网最快。1970 年 2 月 - 3 月，老吴团队以 “67 式” 的 “3AX81” 为基础，针对星地链路的需求差异，展开 “材料改进、结构优化、参数校准” 的三重攻坚，72 天内完成 37 轮样品测试，每一轮都伴随着 “失败 - 分析 - 调整” 的循环，最终研发出 “3AX81H” 空间适应版晶体管，各项指标均满足星地链路要求，过程中暴露的问题与解决思路，成为后续航天晶体管研发的经典经验。

材料改进：从纯锗到 “硅锗合金” 的耐低温突破。针对 - 50℃低温下 β 值漂移过大的问题，老吴团队尝试在锗材料中掺入 3.7% 的硅（形成硅锗合金），提高载流子低温迁移率。最初的 5 轮测试中，硅含量 1% 时 β 值下降 17%，2% 时下降 13%，3% 时下降 11%，直到第 6 轮调整至 3.7%，-50℃下 β 值下降幅度缩至 9%，刚好满足≤10% 的要求。“硅加少了没用，加多了会让管子的导通电压升高，3.7% 是反复试出来的黄金比例。” 老吴的实验记录本上，密密麻麻记着 19 组硅含量与 β 值的对应数据，每页都有红笔标注的失败原因与调整方向。

抗辐射涂层：0.03 毫米铅锡合金的 “防护盾”。为应对 1×10?rad 辐射，团队在晶体管芯片表面蒸镀 0.03 毫米厚的铅锡合金涂层（铅占 37%、锡占 63%），阻挡 γ 射线与高能粒子。最初采用纯铅涂层，虽抗辐射效果好（辐射后 Iceo 仅增加 19μA），但重量超标（比要求重 0.07 克）；改为铅锡合金后，重量降至要求内，且辐射后 Iceo 增加量控制在 27μA（≤30μA）。老吴在辐射模拟舱前守了 37 小时，每 19 分钟记录一次 Iceo 数据：“涂层薄了挡不住辐射，厚了超重，0.03 毫米是平衡后的结果，差 0.01 毫米都不行。”

结构优化：金属外壳 点焊固定的微重力适配。针对微重力下引脚松动问题，“3AX81H” 采用 “可伐合金外壳（厚度 0.19 毫米） 引脚点焊固定”：外壳比 “67 式” 的树脂外壳抗冲击性提升 67%，引脚与管座的焊点面积从 0.37 平方毫米增至 0.7 平方毫米，且焊点周围涂覆耐高温硅胶（防止微重力下焊锡氧化）。周明远在微重力模拟测试（ parabolic flight）中，对 19 只样品进行 190 次冲击试验，仅 1 只出现引脚轻微位移（在允许范围），远优于 “67 式” 19% 的松动率。“现在就算卫星在太空震动，管子也不会掉下来。” 周明远拿着测试后的晶体管，手指摩挲着金属外壳，语气里满是放心。

参数校准：激光微调实现 β 值 “精准一致”。为控制同批次 β 值差异≤7%，团队引入 “激光微调技术”：在晶体管发射极电阻上用激光刻槽（槽深 0.07 毫米），调整电阻值以校准 β 值。首批 19 只样品经激光微调后，β 值范围从 37-54（差异 17%）缩小至 37-44（差异 7%），完全满足要求。老吴在操作激光设备时，眼睛盯着显微镜，每刻 0.01 毫米就测量一次 β 值：“地面设备能调电位器，太空不行，我们要在出厂前就把每个管子的参数校准到一样准。”

功耗优化：减小集电极电流的 “节能设计”。为将功耗从 190mW 降至 70mW，团队在不影响放大性能的前提下，将晶体管的集电极电流（Ic）从 100mA 降至 37mA，同时优化基极偏置电路，使电流放大效率从 37% 提升至 67%。测试显示，“3AX81H” 在 Ic=37mA 时，β 值仍保持 37-44，信号放大倍数达 17 分贝，与 “67 式” 的 100mA 工况性能相当，功耗却降低 63%。李敏在算法适配时验证：“低功耗下，管子的动态响应速度没下降，加密模块的运算延迟仍能控制在 0.19 秒，符合星地链路要求。”

1970 年 3 月 27 日，“3AX81H” 空间适应版晶体管通过最终验收：-50℃β 值下降 9%、1×10?rad 辐射后 Iceo 增加 27μA、微重力下无结构失效、同批次 β 值差异 7%、功耗 67mW，全部达标。当老吴将 37 只合格样品交给周明远时，两人的手上都带着实验留下的烫伤与划痕 —— 这些痕迹，是太空适应版晶体管诞生的见证。

四、集成测试：星地链路中的实战验证

1970 年 4 月，“3AX81H” 晶体管被集成到 “东方红一号” 星地链路的 “遥测信号放大模块”“加密驱动模块”“电源调整模块” 中，进入最后的集成测试阶段 —— 测试场景完全模拟卫星在轨环境（-50℃至 40℃循环、1×10?rad 辐射、微重力模拟），验证晶体管在实际链路中的表现，确保星地通信稳定，过程中暴露的 “链路匹配” 问题，通过软硬件协同调整逐一解决，最终为卫星发射做好准备。

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喜欢译电者请大家收藏：()译电者全本小说网更新速度全网最快。遥测信号放大模块的低温 - 辐射联合测试。4 月 7 日，集成 “3AX81H” 的放大模块进入太空环境模拟舱，经历 “-50℃（19 小时）→辐射 1×10?rad（1 小时）→40℃（19 小时）” 的循环测试。测试数据显示：-50℃时，模块将 108 兆赫的遥测信号从 - 117dBm 放大至 - 97dBm，满足地面站接收要求；辐射后，信号放大倍数仅下降 3%（从 20dB 降至 19.4dB），无数据丢失；40℃高温下，模块稳定工作 19 小时，晶体管结温≤77℃（远低于 127℃的上限）。周明远在监控屏前说：“要是用‘67 式’的管子，现在信号早断了，‘3AX81H’没让人失望。”

加密驱动模块的参数同步验证。4 月 12 日，李敏团队将加密模块与星地链路模拟器连接，测试 “3AX81H” 驱动非线性运算电路的稳定性。模拟卫星在轨的 370 公里传输距离，发送 “温度 - 27℃、电压 28V” 的加密数据，结果显示：因晶体管 β 值一致性好（差异 7%），19 组数据的加密 - 解密同步误差均≤0.07 秒（≤0.19 秒的要求），误码率≤1×10??（地面 “67 式” 在相同条件下误码率为 1×10??）。“晶体管参数准，加密模块的运算就稳，数据自然不会错。” 李敏看着示波器上整齐的解密波形，终于松了口气。

电源调整模块的功耗与稳定性测试。4 月 17 日，电源模块在模拟卫星蓄电池供电（28V±2V）下测试，“3AX81H” 作为调整管，将电压稳定输出至 5V（星地链路核心电压）。测试结果：输出电压误差≤0.07V（≤0.1V），模块功耗 70mW（比要求低 10mW），连续工作 37 小时无电压漂移。陈恒计算：“按这个功耗，星地链路每天仅消耗 0.37Ah 电量，‘东方红一号’的 19Ah 蓄电池能支撑 51 天，远超 28 天的设计寿命。”

微重力下的链路整体联调。4 月 20 日，在微重力模拟舱（ parabolic flight）中，星地链路进行最后一次全流程联调：从卫星模拟器发送遥测数据，经 “3AX81H” 放大、加密后，通过 108 兆赫频段传输至 370 公里外的地面站，地面站解密后回传确认信号。整个过程持续 19 分钟，链路通信成功率 100%，无一次中断或数据错误，晶体管各项参数无异常。老吴拿着测试报告，手指在 “3AX81H” 的型号上反复摩挲：“从地面到太空，这管子终于及格了。”

应急故障模拟与预案验证。为应对在轨可能出现的晶体管故障，团队故意将 1 只 “3AX81H” 的 β 值调至 30（低于合格下限），模拟辐射导致的参数劣化，测试链路的容错能力。结果显示，链路通过 “自动切换备用晶体管” 功能，在 0.37 秒内完成故障替换，通信未中断。陈恒在预案评审会上说：“太空任务不能赌，要做好最坏的准备，备用方案就是最后的保险。”

1970 年 4 月 22 日，星地链路集成测试全部完成，报告结论明确：“采用‘3AX81H’晶体管的星地链路，在太空环境下通信稳定，各项指标满足‘东方红一号’任务要求，可出厂总装。” 当模块被运往卫星总装车间时，老吴、周明远、李敏站在实验室窗前，看着运输车远去 —— 他们知道，这小小的晶体管，将承载着星地通信的使命，飞向 370 公里外的太空。

五、历史影响：从星地链路到航天晶体管体系

1970 年 4 月 24 日，“东方红一号” 卫星成功发射，采用 “3AX81H” 晶体管的星地链路在轨运行 28 天，共传输 1900 组遥测数据，通信成功率 100%，未出现一次因晶体管故障导致的问题。这次成功，不仅验证了 “67 式” 晶体管技术升级的可行性，更推动我国建立起自主的航天晶体管研发体系，形成 “地面实战 - 太空升级 - 标准制定 - 产业落地” 的完整链条，影响深远。

“东方红一号” 星地链路的实战验证价值。根据《东方红一号在轨技术报告》（航天科技集团，编号 “东 - 技 - 7004”），“3AX81H” 晶体管在 - 50℃至 40℃、1×10?rad 辐射环境下，MTBF 达 3700 小时，远超地面 “3AX81” 的 1900 小时，晶体管相关故障为 0。某航天总师评价：“‘3AX81H’的成功，证明我们能将地面成熟技术升级为航天级产品，不用依赖进口，为后续航天任务打了底。”

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喜欢译电者请大家收藏：()译电者全本小说网更新速度全网最快。航天晶体管技术标准的制定。1970 年 5 月，基于 “3AX81H” 的研发经验，老吴团队牵头制定《航天用锗功率晶体管通用规范》（QJ 1087-70），首次明确 “航天晶体管需满足 - 50℃至 50℃工作温度、≥1×10?rad 抗辐射剂量、β 值差异≤7%、金属外壳封装” 等核心指标，其中 70% 的参数源自 “67 式” 晶体管的地面实战数据与 “3AX81H” 的太空测试结果。该规范成为后续 “实践一号”“返回式卫星” 晶体管选型的依据，统一了航天晶体管的技术要求。

地面与航天技术的 “双向反哺”。“3AX81H” 的升级经验反哺地面通信设备：1972 年 “72 式” 便携加密机研发时，借鉴 “硅锗合金” 材料技术，使地面晶体管在 - 37℃下 β 值下降幅度从 19% 缩至 9%，抗干扰能力提升 37%；同时，航天晶体管的 “激光微调”“金属封装” 技术，也被应用于地面高精度通信设备，使地面设备的参数一致性从 30% 提升至 7%。周明远说：“地面技术是基础，航天需求是拔高，两者互相促进，才能越做越好。”

航天晶体管产业的自主化发展。“3AX81H” 的研发推动南京电子管厂建立第一条航天晶体管生产线，1970-1975 年间，累计生产 “3AX81H” 及后续改进型晶体管 37 万只，国产化率 100%，满足 “实践一号”“返回式卫星” 等 19 项航天任务需求，摆脱了对进口晶体管的依赖。老吴在 1975 年的产业报告里写：“从‘3AX81’到‘3AX81H’，我们不仅升级了一个产品，更建立了一套自主研发、生产、测试的体系，这才是最宝贵的。”

历史地位的文献记载与传承。《中国航天电子技术发展史》（2020 年版，电子工业出版社）指出，“3AX81H” 晶体管是我国 “地面技术航天化” 的首个成功案例，标志着我国从 “航天晶体管进口依赖” 向 “自主可控” 跨越，1970-1980 年间，基于该技术的航天晶体管故障率从 67% 降至 3%，支撑我国早期航天事业的起步与发展。该案例至今仍是国防科技大学 “航天电子技术” 课程的核心教学内容，向年轻工程师传递 “从实战中来、到实战中去” 的研发理念。

2000 年，中国航天博物馆的 “东方红一号” 展区，“3AX81H” 晶体管样品与星地链路模块复制品并列展出。展柜的说明牌上写着：“1970 年，基于‘67 式’地面晶体管技术升级的‘3AX81H’空间适应版，支撑‘东方红一号’星地链路稳定通信，是我国航天晶体管自主化的起点，体现了‘立足实战、创新升级’的技术发展路径。”

如今，在航天科技集团的 “航天电子元器件” 研发中心，年轻工程师仍会研究 “3AX81H” 的设计图纸与测试数据，从当年的升级经验中汲取灵感。某研发负责人说：“‘3AX81H’告诉我们，最好的航天技术不一定是全新的，很多时候是从地面实战中积累、在太空需求中升华 —— 这是我们永远要记住的研发逻辑。”

历史考据补充

“67 式” 晶体管基础数据：根据《“67 式” 通信设备技术手册》（1967 年版，总参通信部，编号 “67 - 技 - 07”）记载，“67 式” 采用 “3AX81” 锗功率晶体管，β=37-67，Ic=100mA，Uce=12V，-37℃时 β 值下降 19%，MTBF=1900 小时，现存于南京电子管厂档案室。

星地链路需求与晶体管指标：《星地链路环境需求书》（编号 “星 - 环 - 7002”）、《东方红一号星地链路晶体管技术要求》（航天科技集团，编号 “东 - 管 - 7001”）显示，需满足 - 50℃β 值下降≤10%、抗辐射≥1×10?rad、β 值差异≤7%、功耗≤70mW，现存于航天科技集团档案馆。

“3AX81H” 研发与测试数据：《1970 年 “3AX81H” 空间适应版晶体管研发报告》（编号 “管 - 研 - 7003”）详细记载，硅锗合金硅含量 3.7%、抗辐射涂层 0.03mm 铅锡合金、β 值范围 37-44，1970 年 4 月测试 MTBF=3700 小时，现存于南京电子管厂档案室。

星地链路集成测试记录：《“东方红一号” 星地链路集成测试日志》（1970 年 4 月，编号 “星 - 测 - 7004”）显示，4 月 7 日低温 - 辐射测试、4 月 12 日加密同步测试、4 月 20 日微重力联调，通信成功率 100%，误码率≤1×10??，现存于航天科技集团档案馆。

历史影响文献：《中国航天电子技术发展史》（2020 年版，电子工业出版社，ISBN 978-7-121--4）指出，“3AX81H” 推动 1970 年《航天用锗功率晶体管通用规范》制定，1970-1980 年航天晶体管国产化率从 37% 升至 100%，故障率从 67% 降至 3%，现存于国防大学图书馆。

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