第866章 卫星加密模块
卷首语
1970 年 3 月 12 日 9 时 07 分，北京航天技术研究所的模块设计室里，张工（卫星加密模块总设计）的掌心托着一个金属方块 —— 长 3.7 厘米、宽 3 厘米、高 3.5 厘米，体积刚好 37 立方厘米，比常见的火柴盒大不了多少。这个被称为 “太空密码机” 的卫星加密模块，外壳是 0.3 毫米厚的可伐合金，表面刻着细密的散热纹路，边角被打磨成圆角，避免安装时划伤卫星内壁。
陈恒（技术统筹）凑过来，用尺子反复测量尺寸：“总装部门给的上限就是 37 立方厘米，多 0.1 立方厘米都塞不进卫星。” 他手指敲了敲模块侧面的接口：“里面装着加密算法、放大电路，还要扛 - 50c低温和辐射，这么小的空间，比‘67 式’的加密模块难十倍。”
李敏（算法骨干）正用示波器测试模块的加密波形，屏幕上 108 兆赫的信号带着非线性算法的特征 —— 这是从 “67 式” 的 r=3.71 参数简化而来，却要在比 “67 式” 加密模块小 19 倍的空间里运行。“要是算法出错，卫星传回来的轨道数据就可能被截获。” 她的声音压低，目光紧盯着波形，生怕错过任何异常 —— 这个 37 立方厘米的金属块，装着 “东方红一号” 遥测数据的 “安全锁”，也装着团队近两个月的心血。
一、技术基础：从 “67 式” 到卫星加密的技术迁移
1970 年 1 月，卫星加密模块研发启动前，技术团队的核心思路是 “地面技术航天化”—— 将 1967-1969 年 “67 式” 通信设备的加密技术（非线性算法、硬件小型化经验），迁移至卫星场景，再针对 “37 立方厘米体积限制”“太空环境” 进行适配，避免从零研发的风险。这种 “继承 - 升级” 的路径，是模块能在短时间内完成的关键，也确保了技术的成熟度。
“67 式” 的非线性加密算法是核心基础。“67 式” 采用的逻辑斯蒂映射方程（x???=rx?(1-x?)，r=3.71），在珍宝岛实战中验证了抗破译能力（苏军破译时长超 37 小时）。李敏团队在设计卫星加密模块时，保留了这一核心算法，但针对卫星窄带宽（108 兆赫）和小体积硬件，将嵌套层级从 37 层简化至 19 层，运算步骤从 19 步减至 7 步。“算法不是越复杂越好，37 层嵌套在‘67 式’的硬件上能跑，但卫星模块的运算能力只有‘67 式’的 1/7，必须简化。” 李敏在算法推导笔记里写，她用算盘反复验证，确保简化后的抗破译率仍达 97%（与 37 层相当），这为卫星加密模块的算法部分奠定了基础。
“67 式” 硬件小型化经验的迁移。1967 年 “67 式” 研发时，周明远团队将加密模块体积从初代的 370 立方厘米（37x10x10 厘米）减至 190 立方厘米（19x10x10 厘米），积累了元器件选型、pCB 板布局的小型化经验。在卫星模块研发中，这些经验被直接应用：比如选用 1969 年改进的微型电容（体积 1.9 立方毫米，仅为 “67 式” 电容的 1/10）、1970 年初定型的 “3Ax81h” 晶体管（体积 3.7 立方毫米，比 “67 式” 的 “3Ax81” 小 67%），pCB 板采用双层设计（“67 式” 为单层），将电路面积从 19 平方厘米缩至 7 平方厘米。周明远在硬件设计图上标注：“每一个元器件的位置都要算到毫米，37 立方厘米里，没有多余的空间。”
“67 式” 的环境适配经验提供参考。“67 式” 在珍宝岛 - 37c低温、67% 湿度环境下的改进（如晶体管保温、引脚镀金），为卫星模块的太空环境适配提供了初步思路。针对太空 - 50c低温，团队借鉴 “67 式” 的保温逻辑，在模块内部贴 0.07 毫米厚的聚酰亚胺加热片（功率 0.07 瓦）；针对辐射，参考 “67 式” 引脚镀金的抗氧化经验，将模块内部所有焊点涂覆 0.03 毫米厚的抗辐射涂层（铅锡合金）。张工在环境适配方案里说：“地面的低温和潮湿，跟太空比是小问题，但解决思路是相通的 —— 找到环境对硬件的影响点，再针对性防护。”
“67 式” 的国产化供应链保障生产。“67 式” 的核心元器件（如 “3Ax81” 晶体管、微型电容）均由国内工厂量产（南京电子管厂、北京无线电元件厂），这为卫星模块的元器件供应提供了保障。当 1970 年 2 月需要微型元器件时，南京电子管厂能在 72 小时内提供 “3Ax81h” 晶体管样品，北京无线电元件厂能生产体积 1.9 立方毫米的电容，避免了依赖进口导致的延误。陈恒在供应链协调会上说：“‘67 式’把国产化的底子打好了，现在卫星模块才能在短时间内拿到需要的元器件，这是我们的底气。”
1970 年 1 月 20 日，技术团队完成《卫星加密模块技术方案》，明确 “以‘67 式’加密技术为基础，体积控制 37 立方厘米，算法采用 19 层非线性嵌套（r=3.72），硬件选用微型国产化元器件”—— 这个方案既延续了地面实战验证的技术，又针对性解决了卫星的特殊需求，为后续研发划定了清晰路径。
二、需求解析：37 立方厘米的 “生死指标” 与功能定位
1970 年 “东方红一号” 卫星的总装要求，将卫星加密模块的体积严格限制在 37 立方厘米 —— 这个指标不是主观设定，而是基于卫星整体载荷、空间布局与功能需求的精确计算，每立方厘米的空间都承载着关键功能，体积超标将直接影响卫星发射与在轨运行。同时，模块还需满足 “加密可靠、抗太空环境、低功耗” 的功能需求，这些需求共同构成了 “太空密码机” 的研发目标。
37 立方厘米的体积来源：卫星载荷的极限限制。根据《东方红一号卫星载荷分配报告》（编号 “东 - 载 - 7001”），卫星整体为直径 1 米的球形，内部可用空间约 523 立方厘米，需容纳电源、遥测、通信、姿态控制等 7 大系统。其中通信系统（含星地链路与加密模块）的分配空间仅 74 立方厘米，加密模块作为通信系统的子模块，需与信号放大模块共享空间，最终确定体积上限为 37 立方厘米（刚好占通信系统空间的一半）。总装部门在任务对接时强调：“37 立方厘米是死数，多 0.1 立方厘米都装不进去，你们必须在这个空间里实现所有功能。” 张工拿到这个指标时，曾用积木模拟模块尺寸，发现 37 立方厘米仅能容纳 19 个微型元器件（含晶体管、电容、电阻），还要留出布线空间，心里不禁犯怵：“这么小的地方，要装下‘67 式’1/19 体积的硬件，还要跑加密算法，难度太大了。”
核心功能需求：加密遥测数据的 “安全锁”。卫星加密模块的核心任务，是对 “东方红一号” 的遥测数据（轨道参数：近地点 439 公里、远地点 2384 公里，设备温度：-50c至 40c，供电电压：28v±2v）进行加密，防止被境外截获。根据《东方红一号遥测加密任务书》（编号 “东 - 密 - 7002”），加密需满足：抗破译率≥97%（苏军现有破译设备无法破解）、解密误差≤0.01%（确保地面站准确获取数据）、加密延迟≤0.19 秒（避免数据堆积）。李敏在分析需求时说：“地面‘67 式’加密延迟 0.37 秒还能接受，卫星不行，遥测数据是实时的，延迟超了就失去意义。”
太空环境需求：耐受极端条件的 “硬指标”。卫星在轨运行时，将面临三大极端环境：-50c至 40c的昼夜温差（地球阴影区与日照区）、1x10?rad 的空间辐射（γ 射线与高能粒子）、微重力（可能导致元器件松动）。因此模块需满足：-50c时加密算法正常运行（β 值波动≤10%）、辐射后误码率≤1x10??、微重力下无结构失效。周明远在环境测试预案里写：“‘67 式’在地面 - 37c还能凑合用，卫星要到 - 50c，还有辐射，硬件必须重新设计，不能有任何侥幸。”
低功耗需求：卫星电源的 “节能要求”。“东方红一号” 的电源为银锌蓄电池，容量仅 19Ah，需供应所有系统用电。根据《卫星各系统功耗分配表》（编号 “东 - 功 - 7001”），加密模块的功耗上限为 70mw（仅为 “67 式” 加密模块功耗的 1/3），若超标，将缩短卫星在轨寿命（每超 10mw，在轨时间减少 1.9 天）。陈恒在功耗评估时算过一笔账：“模块每天工作 19 小时，若功耗 70mw，每天耗电 0.133Ah，19Ah 电池能支撑 142 天，远超 28 天的设计寿命；若超到 100mw，就只剩 182 天，风险太大。”