作者：佛山深陶　來源：瓷磚加工設備　日期：2012-7-5 10:35:27　點擊：　屬于：新聞中心

人們常用一個天上，一個地上來形容事物給人印象的巨大反差，神州飛天，給我們每個人帶來了無限的遐想，充滿了神秘色彩，在此，瓷磚加工設備獨家揭秘神舟飛天的秘密，期待........

2012年6月16日18時37分，中國酒泉衛星發射中心，神舟九號飛船搭載三名宇航員發射升空，起飛后近600秒，船箭分離之際，控制計算機開始輸出指令，神舟九號入軌。

17日，神九完成三次變軌，逐步運行至對接高度。

18日，神九追上天宮一號，完成自動對接……

在這些關鍵時刻，飛船和天宮一號上的控制計算機發揮了至關重要的作用。

天宮一號的大腦

人們常用一個天上，一個地下來形容事物給人印象的巨大反差。

天宮一號的大腦，準確說是“天宮一號”的控制計算機，初看就是一個黑色的方盒子，有十幾公斤重，與地面上電腦的差別不是一星半點。

“剛畢業來這里第一次見到太空用計算機，我也驚詫它與一般計算機的不同。”中國航天科技集團五院502所電子中心設計部副主任劉波說，十幾年來，它的外形一直沒變過。

但就是這個簡樸的黑盒子，它的造價是地面普通商用計算機的500倍以上，因此，設計開發人員在工作中分外嚴格遵守操作流程，大家開玩笑說，如果不小心燒毀一個芯片，一輛奧迪車就沒了。

劉波他們自行設計的全封閉機箱可以承受火箭起飛加速帶來的一瞬間幾千公斤的沖力和巨大的震動，進入太空后，為了防輻射，方盒子5個面都經過了特殊處理，呈現黑色，計算機與天宮一號連接的一面非常光滑，保持金屬本色，可以確保與天宮一號緊密接合，方便傳導散熱（太空中沒有空氣，不能使用普通電腦的散熱風扇）。輸入輸出則通過高可靠接插件與天宮一號其他系統相連。

空間控制計算機被安裝在天宮一號軌道艙內，主要負責采集敏感器姿態與軌道狀態，完成控制規律的計算，發出指令控制控制力矩陀螺、推力器等執行部件工作，完成天宮一號單獨飛行以及天宮一號與神舟飛船對接后組合飛行體兩種狀態下的姿態、軌道控制。

“神舟九號飛船的控制計算機也是這樣的外貌和結構，只是個頭比天宮一號的略大一些。”曾經在實驗室里，神九的大腦和天宮一號的大腦就在相鄰的兩張桌子上同時測試著，如今在太空中，這兩臺計算機再次相逢。

穩定運行于太空的計算機該有怎樣獨特的內芯？

502所劉波的團隊負責硬件部分，彭飛負責的軟件組完成了我國航天第一個具有自主知識產權的嵌入式實時操作系統——SpaceOS的研發，保證了將交會對接控制由紙面上的一個方案變成一個完美的工程實現。

據介紹，神舟九號計算機系統由三個冗余單機組成每個單機又分為主處理單元和I/O處理單元，前后臺實現并行處理。整機能夠容忍兩個故障，天宮一號控制計算機系統包括兩臺冗余單機和一個應急控制單元，能夠保證天宮一號長期工作的可靠性和穩定性。

空間計算機的運行速度和內存都遠比不上當前的商用計算機，但是這些參數不是最重要的，夠用就好，

“每臺星載計算機被送入太空后，絕對不能出現運行錯誤，它們中最長運行壽命是15年，從火箭發射前加電開始，就不能停機，直至飛行器的整個生命周期。”

“不能關機休息、不能在軌復位、不能重新初始化”是航天器控制計算機的基本要求，地面上的通用計算機不可能做到一直運行，總有開機、關機的時候，如果出錯，換個零件、升級一下軟件都很容易實現，但是太空計算機如果出錯，不可能更換故障元器件，只能通過及時的故障診斷、故障隔離和系統恢復解決問題。2011年國外航天器就因為計算機采用了不合格的電子元器件及沒有充分測試的軟件而失敗。

為了保證可靠性，空間計算機有容錯系統，確保最終發出的指令是正確的。

我國自主研發，具有自主知識產權的實時多任務空間操作系統SpaceOS1，歷時5年完成研制，從2006年已成功運行于通信衛星上，截至2012年3月，使用SpaceOS的飛行器已發射了33顆星（船），全部穩定運行，運行時間累計約40星年，未發生任何在軌問題。

中國航天科技集團五院星載計算機首席專家華更新研究員總結說：我國自主研發的空間操作系統SpaceOS和星在計算機產品已經從引進、消化、吸收，逐步過渡到當前的自主可控、自由知識產權。

空間計算機單板測試準備         用于神舟飛船的空間計算機

太空計算機經歷的嚴酷考驗

太空中，計算機最怕什么？專家說宇宙射線是計算機運行最大的危害。

地球上的計算機，因為有地球大氣層的保護，可以擋住大部分來自太陽的高能粒子射電流，而在太空，天宮一號控制計算機將遭到質子、中子、重離子、電子的轟炸。

“總劑量效應”和“單粒子效應”是兩種典型的太空射線對空間計算機造成的損害，也是星載計算機同其它地面計算機的最大不同。

專家所說“閂鎖效應”是指空間重粒子作用到計算機芯片造成短路，進而引發“可控硅”效應，嚴重的會造成計算機電路“燒毀”。若發生“閂鎖效應”，地面控制中心的工程技術人員即可察覺，相比之下，“單粒子翻轉效應”使計算機存儲單元的內容發生“位翻轉”，造成物理損壞，只是悄無聲息地改變存儲內容，造成不易發現的破壞。

從天宮一號控制計算機地面遙測數據分析，天宮一號控制計算機今年已發生6次存儲器單粒子翻轉事件，其中有一次就發生在第二次交會對接前幾小時。天宮一號控制計算機系統能有有效抵御單粒子翻轉的危害，在軌穩定工作、表現優異。

劉波講述的空間計算機測試，完全顛覆記者想象。

溫度要承受攝氏零下35度到70度的巨大變化，抗輻射、抗靜電、抗震動，考核試驗綜合應力時，一面震動、一面溫度急劇變化、同時多個條件加載，考驗產品的極限性能。

神舟九號與天宮一號對接就像兩架飛機進行空中加油一樣困難，一樣危險，其中自動交會對接是對神舟九號和天宮一號控制計算機的最大考驗，我們不能想象交會對接過程及控制權交接瞬間對兩航天器控制計算機可靠性的甚高要求。

空間控制計算機機箱裝配

探月工程將再顯神威

“天宮一號控制計算機系統就是我們所設計、測試、生產的第二代控制計算機。”502所電子中心的楊樺書記告訴《電腦報》讀者，事實上，我國的衛星、飛船上80%的電子控制產品都由502所提供。

由著名的院士、專家引領的502所有著56年的發展歷史，電子中心133人是全所最大的團隊，他們承擔了敏感器、紅外、成像、機電部件、一體化產品、電腦的結構設計，大部分都是35歲以下的年輕人，他們的專業最多的是軟件、硬件、結構、可靠性等。

502所從1998年開始研制國內第一臺32位星載計算機，并給這臺計算機取了一個代號“RISC2000”，到2001年，正式應用于型號。第一代控制計算機采用國外CPU和操作系統，2006年，自主研發的SpaceOS操作系統成功運行，第二代控制計算機問世?，F在的神舟九號和天宮一號使用的都是第二代控制計算機。

“我們已掌握了芯片設計技術，未來，從硬件到軟件完全自主設計生產的第三代空間計算機將在太空運行。”首席計算機專家華更新預言。

未來載人登月時，從硬件到操作系統都將是具有自主知識產權的“純國貨”。

太空電腦是航天探險的靈魂

對話人：本報記者朱文利

對話嘉賓：華更新 中國航天科技集團五院星載計算機首席專家、產品總工程師

電腦報：從劉主任的介紹中，了解到太空中計算機構造與地面計算機有太多的不同，你可以總結一下這個區別嗎？

華更新：首要一點空間計算機可靠性要求非常高，要求長期可靠運行，不可維護。當然，以后空間站有宇航員上去，可以適當維護。

第二點是性能要求不同，地面計算機追求效率，太空的嵌入式電腦滿足特定任務需要，性能以夠用為標準。

第三點是運行環境不同，太空力學環境惡劣，有輻射溫度震動等等，導致空間計算機與普通電腦有著太多的不同。

電腦報：太空計算機研制中遇到的最大困難是什么？

華更新：首先是資源有限。

抗輻射的內存價格昂貴，且單片容量有限，不可能像地面計算機那樣占用大量資源，計算機CPU的運算速度也有限，必須用有限的資源設計出任務需要的產品。

其次是操作系統，星上計算機操作系統必須在有限資源條件下實時完成多個不同任務，且無法隨時用“補丁”來修正“Bug”。

電腦報：神九上的宇航員需要掌握飛船上控制計算機的操作系統嗎？24號手控對接時，控制計算機在工作嗎？

華更新：控制計算機的操作系統對宇航員而言是后臺運行的，他們不會直接面對控制計算機，宇航員面對的是操作系統上的應用軟件。我們的操作系統正在進入第三代研發進程，未來會支持圖形化界面操作，做到友好人機交互界面，到那時，宇航員可能會直接面對操作系統的操作，像使用iPad似的，不用學習，直接可用。

24號的手控對接，控制計算依然在發揮作用。這時，控制計算機捕捉的是宇航員的動作，向左、向右，轉換為指令控制飛船與天宮一號的對接。

電腦報：未來太空中的控制計算機會發展成什么樣？

華更新：集成電路的進步，會從規模上控制整個計算機體積的大小，CPU單核會變多核，存儲容量會越來越大，機器結構也在不斷更新。我們會采用片上系統技術、多模塊封裝技術等等，將來的星上計算機會發展到一個芯片那樣大小。

未來空間站應用的計算機

采訪手記

對中國航天科技集團公司五院的采訪得益于一次有效的讀編互動。記者通過《電腦報》的老讀者、502所的薛英民，經過層層安保，見到了研發空間計算機系統的專家們，被允許近距離看了一眼傳說中的“天上的計算機”。

幾個小時的采訪里，體驗了一下航天人緊張的工作節奏，12：30，薛英民才放下手里的工作和另外兩個年輕人一起走進食堂。記者蹭了一頓工作餐，隨意問起是否等神九飛船返回地面后，他們都會放假慶賀，“不會放假的，還有別的項目在做啊。”下午1：00回到辦公室，又開始電腦前的工作。

讓記者很感慨的是，這些支撐著中國航天工程的年輕人都有著一種信念，也許工資不如在外企的同學高，也許待遇不如在機關的朋友好，甚至他們工作的環境也算不上第一流，但是這些年輕人對于航天工程的熱情和執著，卻是讓記者非常感動的。尤其是在太空計算機開發沒有現成可以借鑒的情況下，完全是靠著我們中國航天人自己的探索和決心去一步一步克服困難，完成了一個又一個難關的攻克，最終開發出能夠讓神舟飛船上天并與天宮一號對接的太空計算機系統，完成了一次中國航天事業的騰飛。

瓷磚加工設備分享這份成功的秘密，期待的是更棒的空間計算機研制成功，把更多中國人的太空夢想變成現實，推動中國由航天大國向航天強國更快邁進。

神舟九號與天空一號對接時有多危險？可以想象的是地面上兩輛高速汽車相碰的可怕場景，然而專家說，在幾秒內太空中的兩個高速飛行器穩穩地緊密結合，不偏離軌道、不晃動，當神舟九號對接天宮一號后，神九的控制計算機暫時斷電敏感器部分，整體部件加電狀態但不發出操作指令，天宮一號的控制計算接管整個合體的控制權。這才是此次天空一號控制計算機經受的最大考驗。

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