陸士強(qiáng) 梁赫光 劉東洋

?

國產(chǎn)化星載計(jì)算機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展思考

陸士強(qiáng) 梁赫光 劉東洋

華東計(jì)算技術(shù)研究所，上海 201822

在衛(wèi)星控制系統(tǒng)中，星載計(jì)算機(jī)處于承上啟下的關(guān)鍵位置，向上支撐載荷系統(tǒng)應(yīng)用的拓展和研發(fā)，向下牽引宇航級(jí)處理器和配套芯片等的發(fā)展。通過對(duì)標(biāo)星上應(yīng)用需求和國外主流星載計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，匯總分析了國內(nèi)星載計(jì)算機(jī)性能提升的主要技術(shù)短板，通過對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外研究成果的分析，提出了幾種技術(shù)解決路徑。

星載計(jì)算機(jī)；載荷控制計(jì)算機(jī)；星上應(yīng)用

1 概述

衛(wèi)星由若干分系統(tǒng)組成，各分系統(tǒng)隸屬于有效載荷系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)。星載計(jì)算機(jī)是指應(yīng)用于衛(wèi)星、空間站、宇宙飛船等在地球大氣層外宇宙空間工作的專用嵌入式計(jì)算設(shè)備。它是航天器、空間設(shè)備必不可少的大腦。根據(jù)所屬分系統(tǒng)不同，星載計(jì)算機(jī)可分為用于衛(wèi)星本體運(yùn)行控制的星務(wù)計(jì)算機(jī)及用于載荷任務(wù)控制處理的載荷計(jì)算機(jī)。載荷計(jì)算機(jī)主要完成載荷分系統(tǒng)任務(wù)控制及專業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理和信號(hào)處理。

本文討論的是用于數(shù)據(jù)處理或載荷應(yīng)用處理的載荷計(jì)算機(jī)，并簡稱為星載計(jì)算機(jī)。星載計(jì)算機(jī)需要耐受極端惡劣的溫度、振動(dòng)、各種高能粒子以及宇宙射線輻射等。主流衛(wèi)星特別是中高軌道衛(wèi)星基本都要求使用具有抗輻射能力的器件設(shè)計(jì)星載計(jì)算機(jī)?？馆椛潆娮釉骷a(chǎn)品工序特殊、驗(yàn)證難度大、周期長，其信息處理能力和抗輻射能力成為制約星載計(jì)算機(jī)的瓶頸技術(shù)。

2 星載計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

2.1 星載計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀

星載計(jì)算機(jī)在有效載荷系統(tǒng)內(nèi)完成控制和計(jì)算任務(wù)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前各國主流星載計(jì)算機(jī)主要搭載PowerPC、SPARC、ARM、MIPS等架構(gòu)的處理器。

國外星載計(jì)算機(jī)技術(shù)起步早、發(fā)展快，處理性能也較高，CPU的普遍性能大于100?MIPS，芯片具有較強(qiáng)的抗輻射能力。國外部分星載計(jì)算機(jī)性能如表1所示。

表1 國外部分星載計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)

同國外星載計(jì)算機(jī)相比，國內(nèi)星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不論從硬件還是體系結(jié)構(gòu)方面都與國外有著較大的差距。主要是核心器件比較落后，影響了整個(gè)航天器任務(wù)在功能和性能上的進(jìn)一步提高。