天碩（TOPSSD）是一家長期專注于高可靠、高性能存儲技術(shù)創(chuàng)新的國家高新技術(shù)企業(yè)。在航空航天領(lǐng)域，天碩聚焦星載固態(tài)存儲系統(tǒng)自主研發(fā)。針對空間環(huán)境中單粒子效應、總劑量效應等核心難題，公司構(gòu)建了覆蓋芯片、固件到模組的全鏈條抗輻射加固設(shè)計體系，保障設(shè)備在軌長期穩(wěn)定運行。目前，天碩航天級系列產(chǎn)品已成功應用于多型多顆低軌衛(wèi)星，為新一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)提供高穩(wěn)定、高安全的數(shù)據(jù)支撐。

本文將系統(tǒng)講述工程師們是如何一步步克服艱難，將閃存送上太空的。

1988年，當中國第一代極軌氣象衛(wèi)星“風云一號”帶著磁帶機升空時，沒人能想到，三十年后，一顆普通的商業(yè)遙感衛(wèi)星，機載存儲容量會是它的幾十萬倍。

事實上，從磁帶到閃存，從單機孤立到星座互聯(lián)，航天存儲的每一次技術(shù)躍遷，都在回應同一個命題：如何在最嚴酷的環(huán)境中，守護最珍貴的數(shù)據(jù)。

一、磁帶時代：緩慢的起點

早期的航天器，星載存儲系統(tǒng)像老式錄音機一般簡陋。

數(shù)據(jù)記錄依賴磁帶機。磁性涂層在塑料基帶上勻速轉(zhuǎn)動，傳感器信號被順序記錄下來。這種機械結(jié)構(gòu)有兩個天然缺陷：一是只能順序讀寫，想要讀取某一段數(shù)據(jù)，必須讓磁帶“倒帶”到指定位置；二是運動部件在發(fā)射時的劇烈振動中，隨時可能卡死。

1990年代，我國發(fā)射的多顆科學試驗衛(wèi)星，都搭載著這類磁帶記錄器。單星存儲容量以Mb計，大概相當于今天一張手機照片的大小。更大的問題在于，磁帶機上天之后，工作狀態(tài)幾乎不可知，直到衛(wèi)星返回，才能取出磁帶判讀數(shù)據(jù)。

在那個“能存就行”的年代，可靠性靠的是笨重的物理冗余，而非智能的系統(tǒng)設(shè)計。

二、閃存萌芽：從磁帶到固態(tài)的跨越

本世紀初，一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折發(fā)生了：NAND閃存開始進入航天工程師的視野。航天級固態(tài)硬盤的雛形由此萌發(fā)。

與磁帶相比，閃存沒有機械運動，抗振能力天然占優(yōu)；與同期使用的SDRAM相比，閃存斷電后數(shù)據(jù)不丟失，更適合長期在軌存儲。更重要的是，閃存的集成度遵循摩爾定律快速提升，這讓大容量星載存儲第一次成為可能。

但閃存也有自己的命門：它對太空輻射毫無免疫力。

高能質(zhì)子、電子和重離子無孔不入，會讓閃存發(fā)生“單粒子翻轉(zhuǎn)”，好好的1變成0；長時間的輻射累積，又會造成“總劑量效應”，讓器件性能逐漸退化。

這意味著，把地面上的U盤直接帶上天，是用不了的。尤其隨著閃存工藝從2D走向3D，從浮柵極演變?yōu)殡姾刹蹲浇Y(jié)構(gòu)，失效模式也更加復雜。

三、經(jīng)典范式：FPGA主控與SLC NAND

2000年代中期，國內(nèi)外逐漸形成了一套經(jīng)典的航天存儲解決方案：FPGA做主控，SLC NAND做介質(zhì)。

FPGA的并行處理能力強，且可以在設(shè)計階段就考慮抗輻射加固；SLC NAND每個存儲單元只存1比特數(shù)據(jù)，可靠性遠高于日常使用的MLC或TLC。這套組合，奠定了此后近二十年抗輻照SSD的技術(shù)范式。

美國水星公司2021年發(fā)布的一款存儲系統(tǒng)，就是這一范式的典型代表：3U VPX單板，一顆FPGA管理440GB的SLC閃存陣列。系統(tǒng)容量固定，功能固化，像一個精密的瑞士鐘表：可靠，但不靈活。

同一時期，國內(nèi)的西安微電子技術(shù)研究所開始系統(tǒng)性地探索星載固態(tài)存儲。這家單位是我國最早涉足該領(lǐng)域的機構(gòu)之一，從早期的原理樣機，到后來的工程化產(chǎn)品，累計形成了五代系列產(chǎn)品。第五代產(chǎn)品的技術(shù)指標，與國際主流宇航級存儲產(chǎn)品相當：Xilinx Virtex5系列FPGA做主控，2D SLC NAND做介質(zhì)，總?cè)萘窟_到8Tb。

8Tb，已經(jīng)是當時國內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的上限。不是技術(shù)做不到更大，而是介質(zhì)卡住了脖子。當時國內(nèi)可選的抗輻射閃存，多為法國3D Plus的SIP模組：把工業(yè)級SLC顆粒篩選后，用陶瓷封裝加固。這種方式可靠，但工藝落后：單Die容量小，性能低，系統(tǒng)集成度上不去。

四、商業(yè)航天破局：吉林一號的里程碑

不過，2020年，一個標志性事件打破了僵局。

這一年，全球最大的商業(yè)遙感衛(wèi)星“吉林一號寬幅01A”成功發(fā)射。它的星載存儲系統(tǒng)裝機容量達到40Tb，采用的介質(zhì)是工業(yè)級2D MLC閃存。不是傳統(tǒng)的宇航級SLC，而是來自商業(yè)供應鏈的工業(yè)級芯片。

這是一個大膽的選擇。MLC的可靠性理論上低于SLC，但工業(yè)級顆粒經(jīng)過嚴格篩選和系統(tǒng)級加固，最終在軌表現(xiàn)穩(wěn)定。這套存儲系統(tǒng)采用了類似RAID磁盤陣列的架構(gòu)，多源載荷數(shù)據(jù)采集、緩沖、存儲、處理、文件化管理，全部集成在一個可擴展的框架內(nèi)。

吉林一號的成功，標志著我國星載固態(tài)存儲器技術(shù)邁入全球領(lǐng)先行列。更重要的是，這驗證了商業(yè)航天存儲“用系統(tǒng)智能彌補器件不足”的路徑，可行。

這條路，與商業(yè)航天“低成本、快響應、規(guī)?；钡倪壿嫺叨绕鹾稀．吘?，當你要組建一個由上百顆衛(wèi)星組成的星座時，每一顆都堆砌昂貴的宇航級器件，成本上是難以承受的。

五、國產(chǎn)方案的深化：主控崛起與系統(tǒng)加固

吉林一號之后，國內(nèi)航天存儲進入百花齊放期。一條清晰的技術(shù)路線逐漸成型：用高抗輻照能力的主控芯片，為工業(yè)級閃存“保駕護航”，進而實現(xiàn)高可靠航天存儲。

主控承擔起應對輻射的主要責任：通過糾錯算法動態(tài)調(diào)整，應對單粒子翻轉(zhuǎn)；通過分布式IO重定向，把單粒子閂鎖從“災難性短路”轉(zhuǎn)化為“可控的通路切換”；通過主動健康監(jiān)控，提前預警壞塊增長和數(shù)據(jù)保持力下降。

在這一路線下，天碩（TOPSSD）逐漸進入行業(yè)視野。通過推出全自研的P5500 PCIe主控芯片，我們?yōu)樾袠I(yè)帶來了國產(chǎn)化航天級存儲模組。這顆主控芯片支持PCIe Gen3 x4接口和NVMe 1.4協(xié)議，在抗輻照指標上，其總劑量耐受超過100krad(Si)，單粒子鎖定閾值大于37 MeV·cm2/mg。配合全鏈路國產(chǎn)化閃存和“主動健康管理”固件，天碩的航天級抗輻照存儲方案成功在神舟二十一號等任務中得到在軌驗證。

可以說，當前航天存儲的競爭都共同指向一個趨勢：正在從“誰能買到最好的器件”，轉(zhuǎn)向“誰能設(shè)計最聰明的系統(tǒng)”。

六、未來向何處去

站在2026年眺望，航天存儲正在經(jīng)歷兩個維度的擴展。

一是向“上”擴展：從存儲走向存算一體。隨著英偉達等廠商將高性能GPU送入軌道，星載AI邊緣計算成為現(xiàn)實。未來的存儲系統(tǒng)，不僅要存得下，還要算得快：在軌實時識別云層覆蓋、檢測艦船目標，只把有效結(jié)果傳回地面。

二是向“外”擴展：從單機走向星座互聯(lián)。2026年初，《科學報告》發(fā)表了一項前瞻性研究：O-RAID架構(gòu)。這個構(gòu)想將整個低軌衛(wèi)星星座視為一個分布式磁盤陣列，通過星間激光鏈路，把單顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)冗余分布于多顆衛(wèi)星。當某顆衛(wèi)星失效時，可以通過星座內(nèi)的校驗塊恢復數(shù)據(jù)。

隨著國家星網(wǎng)、千帆計劃等大型星座項目推進，中國星載存儲的年需求量正在飛躍。在新的體量下，存儲系統(tǒng)的邊界，必然會從單板擴展到整個星座。

結(jié)語

從磁帶的緩慢轉(zhuǎn)動，到閃存的靜默存儲，再到星座間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，航天存儲的演進，是人類將文明印記安全送入深空的縮影。

這條路沒有終點。隨著探測目標越來越遠，數(shù)據(jù)精度越來越高，存儲系統(tǒng)必須不斷進化。但有一點始終未變：在太空，數(shù)據(jù)不僅僅是比特，它是探測器的眼睛，是衛(wèi)星的大腦，是人類在浩瀚星河中每一小步的留存。

關(guān)于天碩（TOPSSD）

湖南天碩創(chuàng)新科技有限公司（TOPSSD）成立于2016年，是國家認定的高新技術(shù)企業(yè)，長期專注于高可靠、高性能存儲技術(shù)的自主創(chuàng)新。公司立足國家戰(zhàn)略需求，面向航空、航天、國防和高端工業(yè)等關(guān)鍵領(lǐng)域，提供完全自主可控的核心存儲解決方案，切實保障國家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)安全與運行穩(wěn)定，為實現(xiàn)高水平科技自立自強提供堅實支撐。