В последние годы активно наращивается число спутников Земли для многочисленных практических применений, в частности телевидения, мобильной связи, дистанционного зондирования поверхности. Космическая электроника включает в себя приборы и электронные компоненты, специально разработанные для использования в космических аппаратах, таких как спутники, ракеты и зонды для исследования космоса. Эти системы необходимо проектировать и производить таким образом, чтобы надёжно функционировать в суровых условиях космоса, которые включают экстремальные температуры, радиационное воздействие и вакуумную среду. О них мы и поговорим в нашей статье в преддверии Дня космонавтики. И, разумеется, не забудем про патентный аспект.
Электроника для орбиты
К основным типам космической электроники относятся радиационно-стойкие компоненты. Радиационная стойкость подразумевает проектирование электроники и компонентов, работоспособных при значительных уровнях ионизирующего излучения. Примеры: микропроцессоры, контроллеры, датчики, специализированные интегральные схемы (ASIC), микросхемы памяти, кабели источников питания.
В феврале 2025 г. опубликовано маркетинговое исследование Space Electronics Market Report 2025. В нём сообщается, что в последние годы рынок космической электроники значительно вырос. В 2025 году его объём составит 2,81 миллиарда долларов при среднегодовом темпе роста (CAGR) 7,1%.
Рост в данный исторический период экспертами, и российскими, и иностранными, объясняется следующим:
многочисленными инициативами в области освоения космоса,
значительными инвестициями в производство спутников,
увеличением спроса на продукцию космической электроники,
ростом популярности космических услуг,
увеличением количества запусков спутников,
активизацией человеческой деятельности в дальнем космосе.
Всем ясны перспективы рынка космической электроники, устойчивой к радиации. Понятны важные аспекты, связанные с ростом числа запусков околоземных космических устройств, миниатюризацией и повышением эффективности, быстрым ростом инвестиций в космические проекты, внедрением новых материалов для более качественного изготовления космической электроники. Специалисты отмечают основные тенденции: развитие радиационно-стойких полупроводниковых технологий, цифровизацию и программно-определяемые системы, высокопроизводительные вычисления для космических миссий, фотонику и оптоэлектронику в космической связи, кибербезопасность в космических системах, экологичность электроники для космоса.
Крупнейшими компаниями, работающими на рынке космической электроники, являются BAE Systems PLC, Texas Instruments, Inc., Cobham PLC, Honeywell International Inc., STMicroelectronics, Teledyne e2v (UK) Ltd., TT Electronics, Ruag Group, Infineon Technologies, Onsemi, Renesas Electronics Corporation, Analog Devices Inc., Microchip Technology Inc., NXP Semiconductors, Vishay Intertechnology Inc., Silicon Laboratories Inc., L3Harris Technologies Inc., Lockheed Martin Corporation, Northrop Grumman Corporation, Raytheon Technologies Corporation, Thales Group, Airbus Defence and Space.
Патентный аспект
На портале Google.Patents поиск по запросу Space electronics показывает более 100 тыс документов. Лидерами по количеству патентов указаны следующие компании:
Samsung Electronics Co., Ltd. — 17,1%;
LG Electronics Inc. — 3,1%;
Dexcom, Inc. — 1,5%;
Semiconductor Energy Laboratory — 1,2%;
Apple Inc. — 1,2%.
Названия компаний говорят сами за себя.
В аспекте Международной Патентной Классификации рейтинг кодов следующий:
обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F — 36,7%
телефонная связь H04M — 15,7%
диагностика; хирургия; опознание личности A61B — 13,2%
печатные схемы; корпусы или детали электрических приборов H05K — 12,9%
распознавание изображений G06V — 10,9%
передача изображений H04N — 10,6%
обработка или генерация данных изображения G06T — 10,2%
передача цифровой информации H04L — 9,1%
сети безпроводной связи H04W — 9%
передача сигналов H04B — 8,6%
системы обработки данных G06Q — 8,2%
антенны H01Q — 7.8%
оптические элементы, системы или приборы G02B — 7,8%
сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 6,2%
радиопеленгация; радионавигация; измерение расстояния или скорости с использованием радиоволн; определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн; аналогичные системы с использованием других видов волн G01S — 5,9%
системы для подачи или распределения электроэнергии H02J — 5,4%
компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N — 4,9%
схемы или устройства управления индикаторными приборами с использованием статических средств для представления переменных величин G09G — 4,8%
громкоговорители, микрофоны, адаптеры или аналогичные электромеханические преобразователи звука H04R — 4,1%
То есть, в мировом патентном пространстве тема «Космос и электроника» звучит многопланово, полифонично. Переиначивая тройственные данности философа-экзистенциалиста Жан-Поль Сартра можно сказать, что есть «космос-в-электронике» (воздействие космических сил на устройства электроники), «электроника-для-космоса» (электронные устройства для деятельности в космосе) и «электроника-в-космосе» (аспекты функционирования электроники в космических пространствах). Международная патентная классификация разложила нашу симфонию на 10 «нот»:
обработка цифровых данных про космос, из космоса и для космоса;
распознание изображений а) при взгляде с Земли в космос, б) из космоса на Землю, в) с космических аппаратов на другие космические объекты, например конкурирующие или враждебные спутники;
дистанционная диагностики здоровья космонавтов и космонавток;
генерация данных изображения, например ложных, маскирующих;
передача информации, в том числе защищённой и т.д.
беспроводная связь (мобильники) через и в космосе;
электронные системы для подачи или распределения электроэнергии в космосе;
оптика в космосе;
космическая радиопеленгация и радионавигация;
звуки в космосе.
Возьмём для примера H05K. Здесь около 66 тыс патентов на апрель 2025 г., лидеры следующие:
Ibiden Co., Ltd. — 3,6%
Hitachi Chemical Company — 1,5%
Panasonic Corporation — 1,4%
Нас в данной статье интересуют полупроводниковые приборы космических аппаратов. Проводим зауженный поиск на портале Google.Patents поиск по запросу Space electronics H01L. В ответ получаем 26564 документа (на апрель 2025). Динамика по годам представлена на рис. 1
Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему «Space electronics L01H»
Видно, что активность патентования в 1986-2019 гг. шла по нарастающей, но затем в 2020-2024 гг. снизилась вдвое. Возможно, это обусловлено давлением режимности/секретности разработок в данной области науки и техники, как государственной, так и коммерческой.
Лидерами Google.Patents обозначил следующие компании:
Samsung Electronics Co., Ltd. — 6,6%;
Tokyo Electron Limited — 1,1%;
Intel Corporation— 1,1%;
Опять всем известные корпорации во главе с Samsung.
А что в России?
В базе ФИПС в рефератах на изобретения РФ по запросам электроника космических аппаратов, космос электроника, H01L космос и др. сходных по человеческому смыслу найдено порядка 100 патентов. Некоторые документы – не релевантные (поисковая машина ФИПС выдает по указанному запросу и наземную электронику для целей функционирования космических аппаратов и прочий информационный шум, разумеется, шум именно для нашей темы). Мы вручную отобрали следующие патенты на изобретения РФ по электронике, в том числе радиоэлектронике, космических устройств. Вот примеры:
№2411607 (2011) Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов. АО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва».
№2455727 (2012) Полевой транзисторный ключ. АО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва».
№2469063 (2012) Способ изготовления герметичного электронного модуля и клеевая композиция для осуществления способа. АО «Научно-производственный центр «Алмаз-Фазотрон» (Саратов). Изобретение относится к бортовой радиоэлектронной аппаратуре (РЭА).
№2601251 (2016) КМОП КНИ интегральная микросхема с повышенной радиационной стойкостью (варианты). ООО «СИТРОНИКС-Микродизайн» (Зеленоград); после 2021 г. переименовано в ООО «НИИМЭ Микродизайн». Изобретение относится к субмикронным интегральным микросхемам со структурой кремний-на-изоляторе (КНИ), образованным комплементарными N-канальными и P-канальными транзисторами со структурой металл-окисел-полупроводник (КМОП).
№2605839 (2016) Фотоэлектрический преобразователь. ГК «Роскосмос».
В базе ФИПС числится несколько действующих патентов на полезные модели, например:
№219254 (2023) Солнечная батарея космического назначения с регенерацией эксплуатационных характеристик. АО «Научно-производственное предприятие «Квант» (входит в состав интегрированной структуры «Российских космических систем»). Полезная модель относится к области полупроводниковых приборов и может быть использована при создании солнечных батарей космических аппаратов с большим энергопотреблением.
№221604 (2023) Датчик измерения акустической эмиссии. АО «ЭКА». Технический результат достигается датчиком измерения акустической эмиссии, возникающей в твердом теле при воздействии импульсного ударного нагружения, содержащим корпус, в котором жёстко закреплён пьезокерамический чувствительный элемент, плоскости которого металлизированы.
Заключение
Наша страна входит в узкую группу лидеров в производстве и эксплуатации многочисленных космических устройств, в том числе и в большинстве своём с электронными компонентами. Наше исследование доказало, что открытые патенты РФ по космической электронике сравнительно немногочисленны, но патентообладатели – очень серьёзные структуры. Очевидно, многие изобретения о веществах электроники, её схем, функциональных устройств, способов изготовления, приёмах эксплуатации и обслуживания - засекречены или используются в режиме ноу-хау. То есть мы показали «верхушку айсберга», доступную для открытого наблюдения.
Эксперты Онлайн Патента предполагают, что помимо уже указанных российских патентообладателей компетенциями в компонентах космической электроники обладают и другие предприятия вроде Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения и т.п.
Бросается в глаза отсутствие иностранных патентообладателей. Никто даже заявки на патенты не подавал.