卷首語
1970年3月12日9時07分，北京航天技術研究所的模塊設計室裡，張工衛星加密模塊總設計）的掌心托著一個金屬方塊——長3.7厘米、寬3厘米、高3.5厘米，體積剛好37立方厘米，比常見的火柴盒大不了多少。這個被稱為“太空密碼機”的衛星加密模塊，外殼是0.3毫米厚的可伐合金，表麵刻著細密的散熱紋路，邊角被打磨成圓角，避免安裝時劃傷衛星內壁。
陳恒技術統籌）湊過來，用尺子反複測量尺寸：“總裝部門給的上限就是37立方厘米，多0.1立方厘米都塞不進衛星。”他手指敲了敲模塊側麵的接口：“裡麵裝著加密算法、放大電路，還要扛50c低溫和輻射，這麼小的空間，比‘67式’的加密模塊難十倍。”
李敏算法骨乾）正用示波器測試模塊的加密波形，屏幕上108兆赫的信號帶著非線性算法的特征——這是從“67式”的r=3.71參數簡化而來，卻要在比“67式”加密模塊小19倍的空間裡運行。“要是算法出錯，衛星傳回來的軌道數據就可能被截獲。”她的聲音壓低，目光緊盯著波形，生怕錯過任何異常——這個37立方厘米的金屬塊，裝著“東方紅一號”遙測數據的“安全鎖”，也裝著團隊近兩個月的心血。
一、技術基礎：從“67式”到衛星加密的技術遷移
1970年1月，衛星加密模塊研發啟動前，技術團隊的核心思路是“地麵技術航天化”——將19671969年“67式”通信設備的加密技術非線性算法、硬件小型化經驗），遷移至衛星場景，再針對“37立方厘米體積限製”“太空環境”進行適配，避免從零研發的風險。這種“繼承升級”的路徑，是模塊能在短時間內完成的關鍵，也確保了技術的成熟度。
“67式”的非線性加密算法是核心基礎。“67式”采用的邏輯斯蒂映射方程x???=rx?(1x?)，r=3.71），在珍寶島實戰中驗證了抗破譯能力蘇軍破譯時長超37小時）。李敏團隊在設計衛星加密模塊時，保留了這一核心算法，但針對衛星窄帶寬108兆赫）和小體積硬件，將嵌套層級從37層簡化至19層，運算步驟從19步減至7步。“算法不是越複雜越好，37層嵌套在‘67式’的硬件上能跑，但衛星模塊的運算能力隻有‘67式’的17，必須簡化。”李敏在算法推導筆記裡寫，她用算盤反複驗證，確保簡化後的抗破譯率仍達97與37層相當），這為衛星加密模塊的算法部分奠定了基礎。
“67式”硬件小型化經驗的遷移。1967年“67式”研發時，周明遠團隊將加密模塊體積從初代的370立方厘米37x10x10厘米）減至190立方厘米19x10x10厘米），積累了元器件選型、pcb板布局的小型化經驗。在衛星模塊研發中，這些經驗被直接應用：比如選用1969年改進的微型電容體積1.9立方毫米，僅為“67式”電容的110）、1970年初定型的“3ax81h”晶體管體積3.7立方毫米，比“67式”的“3ax81”小67），pcb板采用雙層設計“67式”為單層），將電路麵積從19平方厘米縮至7平方厘米。周明遠在硬件設計圖上標注：“每一個元器件的位置都要算到毫米，37立方厘米裡，沒有多餘的空間。”
“67式”的環境適配經驗提供參考。“67式”在珍寶島37c低溫、67濕度環境下的改進如晶體管保溫、引腳鍍金），為衛星模塊的太空環境適配提供了初步思路。針對太空50c低溫，團隊借鑒“67式”的保溫邏輯，在模塊內部貼0.07毫米厚的聚酰亞胺加熱片功率0.07瓦）；針對輻射，參考“67式”引腳鍍金的抗氧化經驗，將模塊內部所有焊點塗覆0.03毫米厚的抗輻射塗層鉛錫合金）。張工在環境適配方案裡說：“地麵的低溫和潮濕，跟太空比是小問題，但解決思路是相通的——找到環境對硬件的影響點，再針對性防護。”
“67式”的國產化供應鏈保障生產。“67式”的核心元器件如“3ax81”晶體管、微型電容）均由國內工廠量產南京電子管廠、北京無線電元件廠），這為衛星模塊的元器件供應提供了保障。當1970年2月需要微型元器件時，南京電子管廠能在72小時內提供“3ax81h”晶體管樣品，北京無線電元件廠能生產體積1.9立方毫米的電容，避免了依賴進口導致的延誤。陳恒在供應鏈協調會上說：“‘67式’把國產化的底子打好了，現在衛星模塊才能在短時間內拿到需要的元器件，這是我們的底氣。”
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1970年1月20日，技術團隊完成《衛星加密模塊技術方案》，明確“以‘67式’加密技術為基礎，體積控製37立方厘米，算法采用19層非線性嵌套r=3.72），硬件選用微型國產化元器件”——這個方案既延續了地麵實戰驗證的技術，又針對性解決了衛星的特殊需求，為後續研發劃定了清晰路徑。
二、需求解析：37立方厘米的“生死指標”與功能定位
1970年“東方紅一號”衛星的總裝要求，將衛星加密模塊的體積嚴格限製在37立方厘米——這個指標不是主觀設定，而是基於衛星整體載荷、空間布局與功能需求的精確計算，每立方厘米的空間都承載著關鍵功能，體積超標將直接影響衛星發射與在軌運行。同時，模塊還需滿足“加密可靠、抗太空環境、低功耗”的功能需求，這些需求共同構成了“太空密碼機”的研發目標。
37立方厘米的體積來源：衛星載荷的極限限製。根據《東方紅一號衛星載荷分配報告》編號“東載7001”），衛星整體為直徑1米的球形，內部可用空間約523立方厘米，需容納電源、遙測、通信、姿態控製等7大係統。其中通信係統含星地鏈路與加密模塊）的分配空間僅74立方厘米，加密模塊作為通信係統的子模塊，需與信號放大模塊共享空間，最終確定體積上限為37立方厘米剛好占通信係統空間的一半）。總裝部門在任務對接時強調：“37立方厘米是死數，多0.1立方厘米都裝不進去，你們必須在這個空間裡實現所有功能。”張工拿到這個指標時，曾用積木模擬模塊尺寸，發現37立方厘米僅能容納19個微型元器件含晶體管、電容、電阻），還要留出布線空間，心裡不禁犯怵：“這麼小的地方，要裝下‘67式’119體積的硬件，還要跑加密算法，難度太大了。”
核心功能需求：加密遙測數據的“安全鎖”。衛星加密模塊的核心任務，是對“東方紅一號”的遙測數據軌道參數：近地點439公裡、遠地點2384公裡，設備溫度：50c至40c，供電電壓：28v±2v）進行加密，防止被境外截獲。根據《東方紅一號遙測加密任務書》編號“東密7002”），加密需滿足：抗破譯率≥97蘇軍現有破譯設備無法破解）、解密誤差≤0.01確保地麵站準確獲取數據）、加密延遲≤0.19秒避免數據堆積）。李敏在分析需求時說：“地麵‘67式’加密延遲0.37秒還能接受，衛星不行，遙測數據是實時的，延遲超了就失去意義。”
太空環境需求：耐受極端條件的“硬指標”。衛星在軌運行時，將麵臨三大極端環境：50c至40c的晝夜溫差地球陰影區與日照區）、1x10?rad的空間輻射γ射線與高能粒子）、微重力可能導致元器件鬆動）。因此模塊需滿足：50c時加密算法正常運行β值波動≤10）、輻射後誤碼率≤1x10??、微重力下無結構失效。周明遠在環境測試預案裡寫：“‘67式’在地麵37c還能湊合用，衛星要到50c，還有輻射，硬件必須重新設計，不能有任何僥幸。”
低功耗需求：衛星電源的“節能要求”。“東方紅一號”的電源為銀鋅蓄電池，容量僅19ah，需供應所有係統用電。根據《衛星各係統功耗分配表》編號“東功7001”），加密模塊的功耗上限為70僅為“67式”加密模塊功耗的13），若超標，將縮短衛星在軌壽命每超10，在軌時間減少1.9天）。陳恒在功耗評估時算過一筆賬：“模塊每天工作19小時，若功耗70，每天耗電0.133ah，19ah電池能支撐142天，遠超28天的設計壽命；若超到100，就隻剩182天，風險太大。”
這些需求的本質，是“衛星有限資源”與“加密功能可靠性”的平衡——37立方厘米的體積限製是資源約束，而加密、抗環境、低功耗是功能底線，團隊必須在“小空間”裡實現“大安全”，這也決定了研發過程中“每一個元器件都要精挑細選，每一絲空間都要充分利用”。
三、研發攻堅：37立方厘米內的“螺螄殼裡做道場”
1970年2月3月，張工團隊圍繞“37立方厘米”的核心指標，展開硬件小型化、算法簡化、結構設計的三重攻堅，67天內完成37輪樣品迭代，每一輪都麵臨“體積超標”“功能不達標”的困境，團隊成員通過“元器件極致選型”“電路創新布局”“算法精準簡化”，最終在37立方厘米的空間裡，實現了所有設計功能，過程中的每一個突破，都充滿了“極限挑戰”與“細節較真”。
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硬件小型化：元器件的“毫米級選型”。團隊將模塊拆解為“加密運算單元含2隻‘3ax81h’晶體管）、電源單元含3隻微型電容）、接口單元含4隻電阻）”三大部分，每一部分的元器件都經過“體積性能”的反複權衡：晶體管選用“3ax81h”體積3.7立方毫米），比最初考慮的“3ax83”小37，且抗輻射性能達標；電容選用北京無線電元件廠的“ca70微型鉭電容”體積1.9立方毫米，容量0.19μf），僅為“67式”用電容的110；電阻采用薄膜電阻體積0.7立方毫米），比碳膜電阻小67。周明遠在焊接時，需用鑷子夾著元器件，在顯微鏡下對準pcb板的焊盤，稍有手抖就會焊錯——有一次他連續焊接19分鐘，才將2隻晶體管準確焊在0.7平方厘米的區域裡，手指酸得握不住鑷子：“這些元器件太小了，比繡花還難，焊錯一個就要重新做pcb板，浪費19小時。”
電路布局：雙層pcb的“空間魔法”。為在有限麵積裡布置19個元器件和37厘米長的導線，團隊采用雙層pcb板設計：頂層布置加密運算單元晶體管、運算電阻），底層布置電源單元電容、調整電阻），通過0.3毫米的過孔連接兩層電路，導線寬度從“67式”的1.9毫米縮至0.7毫米。張工在設計pcb板時，用坐標紙畫出每一個元器件的位置，精確到0.1毫米：“比如‘3ax81h’晶體管的引腳間距是0.7毫米，焊盤就要剛好0.7毫米，多0.1毫米就會占用旁邊電阻的空間。”最初的5版pcb板都因布線衝突導致體積超標，直到第6版，將導線彎曲成“z”形，才將pcb板麵積控製在7平方厘米3.7x1.9厘米），剛好能放進37立方厘米的外殼。
算法簡化：19層嵌套的“精準取舍”。李敏團隊將“67式”的37層非線性嵌套算法，簡化為19層，核心是保留“動態r值3.723.75，隨衛星距離調整）”和“偽隨機數頻段切換”，去除冗餘的“二次校驗”步驟。簡化後，算法的運算量減少67，剛好適配模塊的微型運算電路僅為“67式”運算能力的17）。但簡化過程中，團隊擔心抗破譯率下降，李敏用蘇軍“拉多加6”破譯設備進行模擬測試：37層嵌套時，蘇軍破譯時長37小時；19層嵌套時，破譯時長仍達31小時，遠超遙測數據的有效期197分鐘）。“簡化不是刪減關鍵功能，是去掉‘錦上添花’的步驟，保留‘雪中送炭’的核心。”李敏的筆記本裡，記著19組不同嵌套層級的破譯時長數據，每一組都用紅筆標注“是否達標”。
結構設計：0.3毫米外殼的“強度與重量平衡”。模塊外殼采用可伐合金鎳鐵鈷合金），厚度0.3毫米——最初設計0.19毫米，測試時發現抗衝擊性不足微重力模擬中出現變形）；改為0.37毫米，又導致重量超標比要求重0.07克）；最終確定0.3毫米，既滿足強度要求抗衝擊加速度19g），又控製重量在7克含內部元器件共19克）。張工還在外殼側麵設計了2個0.7毫米的接口孔用於電源與數據傳輸），孔位精準對準內部pcb板的接口，避免布線繞彎占用空間。“外殼不僅是保護，還要跟內部元器件配合，每一個孔的位置、每毫米的厚度，都要算清楚。”張工的外殼設計圖改了19版，才同時滿足強度、重量、接口對準的要求。的“極限控製”。團隊通過“降低元器件工作電流”和“優化電路拓撲”實現低功耗：將晶體管的集電極電流從“67式”的100a降至37a，電容的充放電頻率從19khz降至7khz；電路采用“共射放大”拓撲，比“67式”的“共集電極”拓撲功耗降低37。測試顯示，模塊在加密狀態下的功耗為67，比70的上限低3，完全滿足要求。陳恒在功耗測試時，用毫伏表反複測量每一個元器件的電流：“多1a功耗，衛星就少工作1天，我們必須做到極致。”
1970年3月27日，第37輪樣品通過驗收：體積37立方厘米3.7x3x3.5厘米），加密抗破譯率97，50c下正常工作，輻射後誤碼率1x10??，功耗67，重量19克——所有指標均滿足要求。當張工將樣品交給總裝團隊時，他的手上布滿了顯微鏡操作留下的壓痕，卻笑著說：“37立方厘米，終於裝滿了該裝的東西。”