为什么在太空飞船里计算机性能都特别低?

SpaceX低轨卫星轨道计划总结 V 频段的星座将利用目前卫星通信很少采用的 37 吉赫~50 吉赫范围内的频谱,与前两个阶段的 Ka/Ku 频段星座共同为用户提供通信速率更快、时延更低的宽带卫星通信服务。2017 年~2018 年,“星链”星座的所有发展计 划均已得到美国联邦通信委员会的批准,获得了在美国的落地权。此外,该星座还引起了美国军方的特别关注,并于 2018 年获得美国空军战略开发规划与实验办公室价值 2870万美元的合同,用于在未来三年内测试军方使用该星座服务的可行性与方式。美国太空探索技术公司。**第二阶段:**全球组网。 阅读详情

单粒子翻转(SEU,Single-Event Upsets),是在空间环境下存在着大量高能带电粒子,计算机中的电子元器件受到地球磁场、宇宙射线等照射,引起电位状态的跳变,“0”变成“1”,或者“1”变成“0”。

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太空探索早期人们已经注意到了这个问题

在地球表面,有磁场和大气层的保护,能够到达地面的高能粒子很少,一般来说对计算机的影响不大。在计算机设计中,并不需要考虑这种特殊场景。常规的硬件纠错机制配合操作系统,足以应付偶然的计算错误。实在改不过来,大不了蓝个屏,喊个“李姐万岁”也就过去了。

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李姐万岁

在太空中情况就大不一样了,单粒子翻转发生的概率大得多。

1995年2月8日发射升空的实践四号卫星上搭载的两台用于单粒子事件测量的监测装置,在入轨后的19天内共发生了65次翻转。

卫星设计师可不想回答“卫星主控计算机蓝屏是一种什么样的体验”,没人够得着卫星的Reset按钮。核心程序跑飞了,可不一定有挽救的机会。

看看中国航天曾经踩过的坑(不公开的还不知道有多少……)

风云一号B星于1990年9月3日成功发射,……运行仅仅两个月后,11月初就遭遇了太阳耀斑发射的高能粒子流,发生了单粒子事件,造成姿态控制计算机程序混乱,无法控制卫星姿态,导致卫星在空间翻转。好在这次事件后计算机程序得到了及时的纠正,卫星恢复了正常运行。1991年2月14日卫星的计算机再一次出现单粒子事件,卫星姿态再次出现异常,这次故障未能及时发现。当发现卫星姿态异常时,卫星上携带的气体已喷完,姿态完全失控,无法拍到云图,本来卫星的设计寿命是要运行一年,但是不到半年卫星就无法工作了。

事后的分析总结,是在元器件选用和软件设计上留下了未进行抗辐射加固的漏洞,计算机电路芯片在空间高能粒子轰击下容易产生单粒子翻转问题,随时会引发计算机工作失常,姿控系统故障。

动辄上亿镁的设备,性能达到指标就行,可靠性才是最重要的。

提高可靠性的方法也很简单粗暴,就是加冗余、加校验。典型的技术是三模冗余( TMR)、纠错码(ECC)等,代价当然是性能的下降。

除此之外,提升计算性能的先进制程,可能受到单粒子影响更大。而且随着位单元在较小的制程节点中靠得越来越近,单粒子翻转可能会不止一位,这对校验算法提出了更大的挑战。

所以,星上的计算机芯片性能可能真不如你手机里面的那块。

通过此文,读者应该彻底理解了校验算法的重要性。点击「阅读原文」,给本文原作者点个赞!

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少儿创意学编程(Scratch基础篇):第2课——太空迷航 《少儿创意学编程(Scratch基础篇)》,参考了英国公益组织发起的“code club(代码俱乐部)”——少儿免费学编程活动。愿为中国的少儿创意编程教育尽微薄之力,对国内的家长、信息教师和相关教育机构有所帮助,共同促进软件素质教育的发展。本课程以Scratch软件为教育工具。Scratch是一种图形化编程语言,由麻省理工学院开发。孩子们可以像搭积木一样,拖动和组合代码块,制作丰富多样的程序,比如... 阅读详情

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