当闪存飞向太空：中国航天固态存储突破之路

天硕（TOPSSD）是一家长期专注于高可靠、高性能存储技术创新的国家高新技术企业。在航空航天领域，天硕聚焦星载固态存储系统自主研发。针对空间环境中单粒子效应、总剂量效应等核心难题，公司构建了覆盖芯片、固件到模组的全链条抗辐射加固设计体系，保障设备在轨长期稳定运行。目前，天硕航天级系列产品已成功应用于多型多颗低轨卫星，为新一代卫星互联网与卫星物联网提供高稳定、高安全的数据支撑。

本文将系统讲述工程师们是如何一步步克服艰难，将闪存送上太空的。

1988年，当中国第一代极轨气象卫星“风云一号”带着磁带机升空时，没人能想到，三十年后，一颗普通的商业遥感卫星，机载存储容量会是它的几十万倍。

事实上，从磁带到闪存，从单机孤立到星座互联，航天存储的每一次技术跃迁，都在回应同一个命题：如何在最严酷的环境中，守护最珍贵的数据。

一、磁带时代：缓慢的起点

早期的航天器，星载存储系统像老式录音机一般简陋。

数据记录依赖磁带机。磁性涂层在塑料基带上匀速转动，传感器信号被顺序记录下来。这种机械结构有两个天然缺陷：一是只能顺序读写，想要读取某一段数据，必须让磁带“倒带”到指定位置；二是运动部件在发射时的剧烈振动中，随时可能卡死。

1990年代，我国发射的多颗科学试验卫星，都搭载着这类磁带记录器。单星存储容量以Mb计，大概相当于今天一张手机照片的大小。更大的问题在于，磁带机上天之后，工作状态几乎不可知，直到卫星返回，才能取出磁带判读数据。

在那个“能存就行”的年代，可靠性靠的是笨重的物理冗余，而非智能的系统设计。

二、闪存萌芽：从磁带到固态的跨越

本世纪初，一个关键转折发生了：NAND闪存开始进入航天工程师的视野。航天级固态硬盘的雏形由此萌发。

与磁带相比，闪存没有机械运动，抗振能力天然占优；与同期使用的SDRAM相比，闪存断电后数据不丢失，更适合长期在轨存储。更重要的是，闪存的集成度遵循摩尔定律快速提升，这让大容量星载存储第一次成为可能。

但闪存也有自己的命门：它对太空辐射毫无免疫力。

高能质子、电子和重离子无孔不入，会让闪存发生“单粒子翻转”，好好的1变成0；长时间的辐射累积，又会造成“总剂量效应”，让器件性能逐渐退化。

这意味着，把地面上的U盘直接带上天，是用不了的。尤其随着闪存工艺从2D走向3D，从浮栅极演变为电荷捕捉结构，失效模式也更加复杂。

三、经典范式：FPGA主控与SLC NAND

2000年代中期，国内外逐渐形成了一套经典的航天存储解决方案：FPGA做主控，SLC NAND做介质。

FPGA的并行处理能力强，且可以在设计阶段就考虑抗辐射加固；SLC NAND每个存储单元只存1比特数据，可靠性远高于日常使用的MLC或TLC。这套组合，奠定了此后近二十年抗辐照SSD的技术范式。

美国水星公司2021年发布的一款存储系统，就是这一范式的典型代表：3U VPX单板，一颗FPGA管理440GB的SLC闪存阵列。系统容量固定，功能固化，像一个精密的瑞士钟表：可靠，但不灵活。

同一时期，国内的西安微电子技术研究所开始系统性地探索星载固态存储。这家单位是我国最早涉足该领域的机构之一，从早期的原理样机，到后来的工程化产品，累计形成了五代系列产品。第五代产品的技术指标，与国际主流宇航级存储产品相当：Xilinx Virtex5系列FPGA做主控，2D SLC NAND做介质，总容量达到8Tb。

8Tb，已经是当时国内能够实现的上限。不是技术做不到更大，而是介质卡住了脖子。当时国内可选的抗辐射闪存，多为法国3D Plus的SIP模组：把工业级SLC颗粒筛选后，用陶瓷封装加固。这种方式可靠，但工艺落后：单Die容量小，性能低，系统集成度上不去。

四、商业航天破局：吉林一号的里程碑

不过，2020年，一个标志性事件打破了僵局。

这一年，全球最大的商业遥感卫星“吉林一号宽幅01A”成功发射。它的星载存储系统装机容量达到40Tb，采用的介质是工业级2D MLC闪存。不是传统的宇航级SLC，而是来自商业供应链的工业级芯片。

这是一个大胆的选择。MLC的可靠性理论上低于SLC，但工业级颗粒经过严格筛选和系统级加固，最终在轨表现稳定。这套存储系统采用了类似RAID磁盘阵列的架构，多源载荷数据采集、缓冲、存储、处理、文件化管理，全部集成在一个可扩展的框架内。

吉林一号的成功，标志着我国星载固态存储器技术迈入全球领先行列。更重要的是，这验证了商业航天存储“用系统智能弥补器件不足”的路径，可行。

这条路，与商业航天“低成本、快响应、规模化”的逻辑高度契合。毕竟，当你要组建一个由上百颗卫星组成的星座时，每一颗都堆砌昂贵的宇航级器件，成本上是难以承受的。

五、国产方案的深化：主控崛起与系统加固

吉林一号之后，国内航天存储进入百花齐放期。一条清晰的技术路线逐渐成型：用高抗辐照能力的主控芯片，为工业级闪存“保驾护航”，进而实现高可靠航天存储。

主控承担起应对辐射的主要责任：通过纠错算法动态调整，应对单粒子翻转；通过分布式IO重定向，把单粒子闩锁从“灾难性短路”转化为“可控的通路切换”；通过主动健康监控，提前预警坏块增长和数据保持力下降。

在这一路线下，天硕（TOPSSD）逐渐进入行业视野。通过推出全自研的P5500 PCIe主控芯片，我们为行业带来了国产化航天级存储模组。这颗主控芯片支持PCIe Gen3 x4接口和NVMe 1.4协议，在抗辐照指标上，其总剂量耐受超过100krad(Si)，单粒子锁定阈值大于37 MeV·cm²/mg。配合全链路国产化闪存和“主动健康管理”固件，天硕的航天级抗辐照存储方案成功在神舟二十一号等任务中得到在轨验证。

可以说，当前航天存储的竞争都共同指向一个趋势：正在从“谁能买到最好的器件”，转向“谁能设计最聪明的系统”。

六、未来向何处去

站在2026年眺望，航天存储正在经历两个维度的扩展。

一是向“上”扩展：从存储走向存算一体。随着英伟达等厂商将高性能GPU送入轨道，星载AI边缘计算成为现实。未来的存储系统，不仅要存得下，还要算得快：在轨实时识别云层覆盖、检测舰船目标，只把有效结果传回地面。

二是向“外”扩展：从单机走向星座互联。2026年初，《科学报告》发表了一项前瞻性研究：O-RAID架构。这个构想将整个低轨卫星星座视为一个分布式磁盘阵列，通过星间激光链路，把单颗卫星的数据冗余分布于多颗卫星。当某颗卫星失效时，可以通过星座内的校验块恢复数据。