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

陸士強 梁赫光 劉東洋

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

陸士強 梁赫光 劉東洋

華東計算技術(shù)研究所，上海 201822

在衛(wèi)星控制系統(tǒng)中，星載計算機處于承上啟下的關(guān)鍵位置，向上支撐載荷系統(tǒng)應(yīng)用的拓展和研發(fā)，向下牽引宇航級處理器和配套芯片等的發(fā)展。通過對標(biāo)星上應(yīng)用需求和國外主流星載計算機的計算能力，匯總分析了國內(nèi)星載計算機性能提升的主要技術(shù)短板，通過對當(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。

星載計算機；載荷控制計算機；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)和平臺系統(tǒng)。星載計算機是指應(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，星載計算機可分為用于衛(wèi)星本體運行控制的星務(wù)計算機及用于載荷任務(wù)控制處理的載荷計算機。載荷計算機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)用處理的載荷計算機，并簡稱為星載計算機。星載計算機需要耐受極端惡劣的溫度、振動、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)計星載計算機?？馆椛潆娮釉骷a(chǎn)品工序特殊、驗證難度大、周期長，其信息處理能力和抗輻射能力成為制約星載計算機的瓶頸技術(shù)。

2 星載計算機現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1 星載計算機現(xiàn)狀

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

國外星載計算機技術(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，芯片具有較強的抗輻射能力。國外部分星載計算機性能如表1所示。

表1 國外部分星載計算機性能指標(biāo)

同國外星載計算機相比，國內(nèi)星載計算機系統(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，影響了整個航天器任務(wù)在功能和性能上的進一步提高。