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太空网络到底有多灾,能不坏就已经很幸运了

作者:网址 时间:2021-09-06 05:49
本文摘要:太空盘算机 格林特是俄罗斯有史以来最雄心勃勃的宇宙航行任务,于2012年头坠入大海。该飞船原本应降落在火星月球火卫一上,收集土壤样本,然后将其送回地球。相反,它最终在低地球轨道中漂流了几周,因为它的机载盘算机在可能发射引擎将飞船送往火星的途中坠毁。 在随后的陈诉中,俄罗斯政府将大量带电粒子归罪于撞击芯片并导致闩锁,这是由于电流过大导致的芯片故障。为相识决这种问题,在格林特的盘算机上事情的两个处置惩罚器启动了重新启动。重新启动后,探针将进入宁静模式并等候地面控制器的指示。

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太空盘算机 格林特是俄罗斯有史以来最雄心勃勃的宇宙航行任务,于2012年头坠入大海。该飞船原本应降落在火星月球火卫一上,收集土壤样本,然后将其送回地球。相反,它最终在低地球轨道中漂流了几周,因为它的机载盘算机在可能发射引擎将飞船送往火星的途中坠毁。

在随后的陈诉中,俄罗斯政府将大量带电粒子归罪于撞击芯片并导致闩锁,这是由于电流过大导致的芯片故障。为相识决这种问题,在格林特的盘算机上事情的两个处置惩罚器启动了重新启动。重新启动后,探针将进入宁静模式并等候地面控制器的指示。

不幸的是,这些指示从未到达。无法预计的危险 在飞船脱离低地球轨道之后,用于通讯的天线应该在格林特的巡航阶段可以完全使用。可是没有人计划失败以阻止探针到达该阶段。

粒子撞击后,格林特陷入僵局。发射车载引擎应该触发天线的部署。同时,只能使用地面控制器发出的指令来射击发念头。可是,该下令无法通过,因为未部署天线。

通过这种方式,盘算机错误导致了格林特执行数十年的任务。之所以发生这种情况,部门原因是研发小组的一些疏忽,后者是格林特t探测器的主要开发者。简而言之,在开发历程中,盘算盘算机上的正常事情要比盘算盘算机上不事情的事情容易。

可是,他们犯的每一个小错误都在严重提醒人们,设计太空级盘算机很是困难。一失足和数十亿美元大火。所涉及的每小我私家都完全低估了在太空中举行盘算机操作的挑战。

格林特是每小我私家最喜欢的火星探测器,可与两个主频高达200MHz的BAE RAD750处置惩罚器配合使用。它具有256MB的RAM和2GB的SSD。到2020年左右,RAD750将成为当前最先进的单核太空级处置惩罚器。

这是我们今天可以举行的深空任务的最好结果。性价比极低 不幸的是,与我们任何智能手机相比,RAD750的性能简直可悲。

该设计基于PowerPC 750,该处置惩罚器是IBM和摩托罗拉在1997年尾推出的,可与英特尔的Pentium II竞争。这意味着,也许那里技术最先进的太空硬件完全能够运行原始的《星际争霸》游戏,可是任何在盘算上要求更高的问题都市被证明是有问题的。不外,RAD750的价钱仍在20万美元左右。为什么不就把iPhone扔在那里然后打电话呢?在性能方面,iPhone比RAD750整整高一代,单价仅为1000美元,而现在仍不到20万美元。

追念起来,这大致就是格林特团队试图实现的目的。他们试图提高性能并削减成本,但最终却偷工减料。格林特中的芯片在太空工业中众所周知,因为早在2005年,T.E。

佩奇和贝纳德托在布鲁克海文国家实验室的粒子加速器中测试了这些芯片,以相识它们在受到辐射时的性能。研究人员将这些芯片形貌为“极端”懦弱。

请注意,这并不是令人惊讶的效果,因为WS512K32V20G24M芯片从未经由空间设计或测试。它们是为飞机,军用飞机设计的。

可是,与真正的太空级存储器相比,它们更容易获得且更自制,因此,与火卫一格鲁特有关的俄罗斯人一意孤行。庞大工艺 发现空间情况中存在的种种辐射是空间电子学史上最重要的转折点,此外,对这种辐射如何影响电子学的认识以及硬化缓和解技术的生长也是其中之一。这种辐射的主要泉源是宇宙射线,太阳粒子事件以及在地球磁场边缘围绕的质子和电子带,即范艾伦带。

撞击地球大气层的分子由约莫89%的质子,9%的α粒子,1%的较重原子核和1%的孤电子组成,它们的能量可达10 ^ 19 eV。原本计划穿越深空旅行数年之久的灾难是要发生的,实际上,俄罗斯军事报纸Krasnaya Zvezda其时报道说,有62%的微芯片在Phobos-Grunt上使用的飞机不切合太空航行条件。

该探头的设计有62%由“让iPhone投入”思维方式驱动。如今,辐射是设计人员在制作太空级盘算机时要思量的关键因素之一。

但这并不总是那样。1960年月,第一台盘算机到达了双子座航天器上。机械必须经由一百多个差别的测试才气获得航行许可。

工程师检查了它在受到振动,真空,极端温度等影响时的性能。可是这些睾丸都没有笼罩辐射。只管如此,格林特车载盘算机仍可以正常事情,没有任何问题。

之所以如此,是因为格林特机载盘算机太大而无法发生故障。从字面上看。它高达19.5KB的内存被安置在一个重达26磅的700立方英寸的盒子中。

整个盘算机重58.98磅。通常,对于盘算而言,推动处置惩罚器技术向前生长始终主要是通过减小功效部件尺寸和增加时钟速率来实现的。我们只是使晶体管变得越来越小,从240nm到65nm,再到14nm,再到现代智能手机的7nm设计一样低。晶体管越小,导通和关断所需的电压越低。

这就是为什么具有较大功效尺寸的较旧处置惩罚器在大多数情况下不受辐射影响的原因,或者不受详细的所谓单事件滋扰(SEU)的影响。粒子撞击发生的电压太低,无法真正影响足够大的盘算机的运行。

可是,劈面对太空的人类以特征尺寸向下移动以将更多的晶体管封装到芯片上时,这些粒子发生的电压变得足以引起贫苦。位置领域的探索 工程师和开发人员通常要做的另一件事是提高CPU的频率。在航天飞机中运行所谓的“玻璃驾驶舱”的英特尔386SX的时钟频率大致为20MHz。现代处置惩罚器可以在短时间内到达5GHz。

时钟速率确定处置惩罚器在给定时间内可以经由几多个处置惩罚周期。辐射的问题在于,只有在称为锁存窗口的极短时间内,粒子撞击才会破坏存储在CPU内存(如L1或L2高速缓存)中的数据。这意味着,带电粒子每隔几秒钟就有时机造成损坏。

在诸如386SX的低时钟处置惩罚器中,该数字相对较低。可是,其时钟速度提高时,每秒闩锁窗口的数量也会增加,从而使处置惩罚器更容易受到辐射的影响。这就是为什么防辐射处置惩罚器的时钟频率总是总是低于其商业同类产物。

空间CPU如此缓慢的生长的主要原因是,险些所有可以想到的提高速度的方法也使它们变得越发懦弱。幸运的是,有一些方法可以解决此问题。


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