用過(guò)時(shí)的處理器征服火星

我們不需要世界上最強(qiáng)大的微處理器來(lái)征服宇宙。真正的秘訣是充分利用設(shè)備的運(yùn)行特性，即使它有點(diǎn)過(guò)時(shí)并且沒(méi)有出色的性能。讓我們看看毅力號(hào)火星車(chē)是如何安然無(wú)恙地降落在火星上的。

離火星更近的人類(lèi)

經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)公里后，美國(guó)宇航局的毅力號(hào)火星車(chē)終于于 2021 年 2 月 18 日降落在火星表面。我們可以將這一事件視為一項(xiàng)歷史性任務(wù)，因?yàn)楸M管距離遙遠(yuǎn)，但宇宙條件惡劣且硬件薄弱，這是一個(gè)人類(lèi)設(shè)備已經(jīng)順利抵達(dá)紅色星球。請(qǐng)記住，光平均在大約 12 分鐘內(nèi)傳播相同的距離。因此，收集的無(wú)線電信號(hào)、圖像和信息需要相同的時(shí)間。對(duì)于這個(gè)“不可能”的任務(wù)，NASA 使用了搭載在蘋(píng)果 iMac G3 計(jì)算機(jī)上的處理器，該計(jì)算機(jī)具有 1997 年的架構(gòu)，計(jì)算頻率僅為 200 MHz，RAM 內(nèi)存為 256 MB。它甚至不是同一個(gè)商業(yè)系列中最快的處理器之一。

為什么技術(shù)這么低？

選擇背后總是有原因的。飛機(jī)的設(shè)計(jì)者更關(guān)心機(jī)載計(jì)算機(jī)的可靠性和穩(wěn)健性，而不是計(jì)算能力。一個(gè)簡(jiǎn)單的智能手機(jī)要快得多?；鹦侨蝿?wù)需要CPU始終工作。輻射轟擊會(huì)嚴(yán)重而容易地?fù)p壞現(xiàn)代處理器的電子設(shè)備。另一方面，G3 的處理器不會(huì)被輻射破壞，并且能夠承受強(qiáng)烈的輻射和溫度。在地球上，處理器的速度可以顯著提高而不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。電、熱、大氣和磁條件非常舒適，地球大氣層用堅(jiān)固的防護(hù)罩保護(hù)我們。然而，在宇宙中，情況卻大不相同。能量在 100 MeV 和 1 GeV 之間的巨大能量輻射的存在可能會(huì)改變電路的功能，單個(gè)電離粒子對(duì)處理器的影響足以造成計(jì)算錯(cuò)誤甚至破壞。

緩慢但可靠的處理器

按照現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，流動(dòng)站中使用的芯片速度較慢，但符合所有可靠性測(cè)試。即使長(zhǎng)時(shí)間暴露在輻射下也不會(huì)損害其功能。顯然，具有 200 MHz 速度的 G3 在當(dāng)今時(shí)鐘頻率超過(guò) 3 GHz 的微處理器面前消失了，然而，說(shuō)“緩慢而穩(wěn)定贏得比賽”是恰當(dāng)?shù)?。高可靠性是處理器的最大特點(diǎn)，即使在關(guān)鍵條件下也是如此。這是一個(gè)特制的抗輻射版本。它可以在 -55°C 到 +125°C（-67°F 到 +257°F）的溫度下運(yùn)行，火星的大氣非常寒冷。它也很薄，導(dǎo)致各種輻射穿透。RAD750 可以安全地承受這些條件。對(duì)航天器的要求非常關(guān)鍵。節(jié)省幾毫米的空間或幾克的重量是一個(gè)基本因素。內(nèi)存非常低，只有 2 GB 的閃存，256 MB 的工作 RAM 和 256 KB 的 EEPROM。該處理器“僅”有 1040 萬(wàn)個(gè)晶體管，比當(dāng)今的智能手機(jī)少 1000 倍。流動(dòng)站有兩個(gè)大腦，其中一個(gè)在第一個(gè)處理器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)啟動(dòng)。

傳感器

恒心漫游車(chē)配備慣性測(cè)量系統(tǒng) (IMU)，可提供有關(guān)其位置的 3 軸信息，以執(zhí)行精確的垂直、水平和橫向運(yùn)動(dòng)。連接到計(jì)算機(jī)的傳感器記錄許多參數(shù)，例如溫度、電壓、太陽(yáng)能電池的儲(chǔ)能和功率，以保持所有運(yùn)行條件穩(wěn)定。有了這些數(shù)據(jù)，就可以控制對(duì)探索新環(huán)境有用的信息交換操作、快照和其他命令。

結(jié)論

這不是第一次使用這種類(lèi)型的處理器。地球被一百多顆衛(wèi)星中的 RAD750 設(shè)備所包圍，到目前為止，沒(méi)有一顆發(fā)生故障。今天，我們使用具有非凡計(jì)算能力的便攜式設(shè)備（筆記本電腦、智能手機(jī)等）?？梢怨芾淼母叨汝P(guān)鍵的太空任務(wù)可以用更少的資源進(jìn)行管理。
審核編輯：郭婷