北斗系統(tǒng)，作為一個龐大的衛(wèi)星星座，每一顆衛(wèi)星都是由幾萬個元器件組成的，其核心元器件國產化率達到了100%。其中，行波管放大器作為衛(wèi)星上用來放大信號的關鍵部件，是多年來的“卡脖子”技術。

在中科院空天信息創(chuàng)新研究院，科研人員正在對一個剛剛制造完成的行波管放大器進行真空性能測試。隨后，它將搭載在我國即將發(fā)射的高分衛(wèi)星上，在上萬公里遠的太空，完成對地數(shù)據(jù)傳輸任務。今年，對于行波管科研團隊來說，收獲滿滿。過去的五年時間，他們陸續(xù)為北斗三號系統(tǒng)交付了130余套行波管和放大器，保障了北斗工程的順利建設。

圖源丨央視新聞 據(jù)了解，行波管由100多個精密的零部件組成，其裝配精度要達到微米級。同時還要滿足真空器件的“保質期”。研制期間，科研團隊面臨著很多技術挑戰(zhàn)。行波管通過精密復雜的結構，可以實現(xiàn)電子和電磁波的能量交換，然后把電磁波放大到幾百瓦，實現(xiàn)遠距離的信號傳輸。不僅如此，行波管在衛(wèi)星還有通信、包括雷達各個方面都有非常多的應用。而作為行波管的心臟，陰極在工作的時候，溫度會上升到1000度左右，通過發(fā)射出高速電子，電子和電磁場在微米級精度的螺旋線里進行能量交換。把微波的信號放大幾萬倍后，信號就能從太空傳到地面。

2013年，在我國新一代北斗衛(wèi)星的研制初期，衛(wèi)星總體要求行波管這一核心器件必須全面自主可控。迅速完成滿足衛(wèi)星使用要求的行波管研制，成為了擺在科研人員面前的首要任務。雖然研究團隊已經有了多年的技術積累，但是面對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用，還是第一次。 中科院空天信息創(chuàng)新研究院研究員繆國興：從實驗室產品到衛(wèi)星的這個工程化產品，有一些現(xiàn)象是我們在實驗室里沒有遇到過的，還有我們要保證這個器件在衛(wèi)星上十幾年運行不出問題，這都是給我們提出了很多新的要求。

圖源丨央視新聞 為了能夠迅速實現(xiàn)關鍵元器件的國產化，行波管研發(fā)團隊開啟了晝夜實驗模式：多個方案并行研制，同步開展實驗驗證，大大提高了研發(fā)效率。 經過兩年的持續(xù)攻關，2015年3月這個由我國全自主研發(fā)的行波管放大器隨北斗衛(wèi)星發(fā)射升空。十三五期間，科研團隊已經陸續(xù)為北斗三號系統(tǒng)交付了130余套行波管及放大器保障了北斗工程的順利建設。在空間行波管及放大器國產化需求的拉動下，目前其產品已覆蓋國內航天應用的各個波段，包括北斗、遙感、通信等近60個衛(wèi)星工程型號。隨著行波管及放大器國產化進程的不斷深入，中科院的研發(fā)團隊將在性能、功率、穩(wěn)定性等多方面進行不斷的技術迭代和提升。 未來，這一技術將有望在深空探測等航天工程中實現(xiàn)更廣泛的應用。

在攻克了性能、穩(wěn)定性等這些核心技術指標后，接下來就是更高頻率、更大功率、更高效率等方面的攻關，以滿足科研探索以及工程應用等多方面的需求。

中科院空天信息創(chuàng)新研究院研究員張志強：從發(fā)展的角度講，我們行波管作為真空電子學領域的一個分支，逐步從分米波到厘米波到毫米波，甚至到太赫茲頻段這樣的趨勢在發(fā)展。那么為什么頻率越來越高，未來在通信當中主要解決這個大帶寬，高的數(shù)據(jù)通量，這樣的一個通訊能力。這也是真空電子學器件的一個發(fā)展趨勢。更高的精度、更高的性能、更高的穩(wěn)定性，在科研攻關的路上，沒有絕對的終點！