|
|
在我们的印象中，NASA探测器似乎一个比一个“抗造”，寿命也格外长——1977年发射的旅行者1号探测器，已经飞到220亿公里之外；同年发射的旅行者2号探测器，已和地球相距180亿公里。两兄弟遨游太空41载，至今还在和NASA保持联络。
2004年登陆火星的机遇号漫游车，探索红色星球14年，长途跋涉45公里，到2018年6月才因沙尘暴失联；和机遇号几乎同一时间登陆的勇气号也工作到2011年；2012年抵达火星的好奇号至今还在正常运行。
与之相比，2003年前往小行星丝川取样的日本隼鸟号探测器遭遇太阳耀斑爆发，太阳能电池板损坏，部分电池失效，四台离子引擎仅有一台能正常运转，最终经历九死一生才返回地球。
2008年，印度月船一号搭载的恒星敏感器在绕月飞行几个月后即宣告失效，导致后续两年的任务中，航天器姿态只能通过机载陀螺仪和地面控制中心不断修正。
2011年，俄罗斯的福布斯－土壤号火星探测器在升空数小时后入轨失败，最终和搭乘的中国首个火星探测器“萤火一号”一起坠毁，经查事故有可能是星载计算机受宇宙辐射干扰失灵所致。
研究显示，充斥外太空的宇宙射线会引起航天器的计算机芯片发生位翻转现象（bit-flipping），造成内存丢失，代码混乱和存储器报错；穿过元件晶体管的高能粒子会造成电路松动、闭锁或短路——这些故障有的能通过重启解决，有些则会造成设备永久性损坏。
为何NASA探测器在极端恶劣的太空环境中如此高寿呢？如果用一句话来总结，那就是古董级元件和超低配置，先进的抗强辐射技术，外加严苛的测试和认证，确保航天器电子元件的超高可靠性。
以航天器的大脑——主控计算机为例，为了保证系统长期稳定的运行，NASA工程师通常不会使用新型号和高性能CPU，而是采用古董级架构，有些CPU甚至能追溯到上世纪90年代。
例如好奇号RAD750型车载计算机基于10年前的IBM PowerPC 750架构设计，频率132MHz，相当于Windows95的水准，内存仅有120M，还赶不上如今最低配置的智能手机，但它的CPU却应用了独特的ECC校验技术，能自动纠错并有效修复位翻转现象。
除了电子设计应用多项抗辐射加固技术外，宇航级电子元件在工艺上还用固态或凝胶状化合物灌封，防止火箭发射时的剧烈震动产生机械应力，造成设备损坏。整体再用铅屏蔽层包覆，以最大限度降低辐射，延长元器件寿命。为了降低能耗，使航天器在进入低功率模式后能持续发送遥测数据，主控系统通常使用静态而不是动态RAM。
迄今为止，RAD750系列CPU已经用于月球勘测轨道器、开普勒太空望远镜、太阳动力学天文台和朱诺号木星探测器等150多个太空任务。据悉，该系统造价高达20万美元。
为了以防万一，许多航天器还搭载多个CPU，以实现系统冗余和更强大的功能。好奇号火星车就搭载了两个RAD750，其中一个作为备份，在主系统闪存出问题后及时接手。
伽利略号木星探测器甚至配备了6个CPU，每个子系统都由单独的CPU控制以实现容错。每个CPU的频率为1.6 MHz，加在一起处理能力和35年前的Apple II电脑差不多。
除此之外，为了确保航天器电子元器件在恶劣的太空环境中能可靠运行，美国国防部还要求进行机械应力、大温差波动和强电离辐射等100多项测试，并且所有电子元器件必须单独认证。
木星拥有太阳系除太阳耀斑外最强的磁场，强度超过地球磁场14倍。为了近距离探测木星，朱诺号配备了0.8厘米厚的金属钛壳，能将电子元件受到的辐射强度减弱800倍，而RAD750 CPU本身还能够抵御高达100万拉德的辐射。即便如此，在多次深入木星磁场之后，朱诺号的主要元器件辐射累计将达到2000万拉德，预计将于2021年寿终正寝。
航空航天是一个国家科技实力的综合体现，一个比一个高寿的NASA探测器背后，折射的却是其它国家和美国在特殊合金、电子设备和加工制造等领域的巨大差距，希望中国航天工业奋起直追，使国产航天器有朝一日也能在宇宙遨游数十载！
1
本文选自：今日头条 |
|
窥视卡
雷达卡
发表于 2019-3-11 20:02:23
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
显身卡
