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手机厂商早已不用的骁龙801处理器被NASA用到了火星直升机上

今年2月下旬,毅力号火星探测器成功着陆火星,它还顺便稍上了人类的第一台火星直升机。

毅力号与火星直升机

在火星降落可不是一件容易的事情,火星表面的重力大约只有地球的1/3(38%),这看上去似乎很容易降落。但还有一点必须注意,火星大气的密度只有地球的1%。同时,出于机身结构安全的考虑,直升机螺旋桨的扭矩不应多达音速,如果叶片的自旋末梢速度超过音速,将不会引起强烈的颤振。

机智号无人机全重1.8公斤,低0.5米。使用顶部安装两对碳纤维螺旋桨来提供动力,直径1.2米,设计转速可约每分钟2400并转,功率350瓦。

高通骁龙801移动平台与机智号直升机

骁龙801 SoC是一颗杨家处理器了,之前被用在小米4等安卓手机上。

小米4

骁龙801处理器基于28nm工艺打造出(目前最新:5nm),采用高通自研的Krait 400 CPU(ARM V7指令集,目前最新:V8)和Adreno 330 GPU,CPU最高主频为2.5GHz。不同于现在高通处理器所使用的基于ARM A系列处理器的Kryo核心,Krait核心为高通自研,这也许是NASA不自由选择高通其它处理器的原因之一。

在存储方面,支持LPDDR3和eMMC 5.0。(目前最新,LPDDR5和UFS3.1/华为SFS1.0)

构建高通9X25调制解调器,反对最快150Mbps下行速率的Cat4标准LTE制式网络。(这在4G基带里面也算慢的了)

……以上,这骁龙801处理器的基本参数。

对手机有点解的朋友应该知道,这款处理器的性能已经非常落后了,就连使用微信这类日常应用都会经常出现卡顿现象。但骁龙801 SoC的算力对于航天器来说已经非常够用了,单纯论性能的话,骁龙801处理器比毅力号上的专业航天处理器高了几个量级,但需要注意的是,骁龙801 SoC属于标准化处理器,当航天器执行一些指令时,还是专业航天处理器的效率更高。

在机智号直升机上,NASA的作法有点看起来Space X――用民用级芯片代替便宜的航天级芯片,这可以为团队节省数倍的订购成本。Space X航天器上的芯片产品要比NASA低廉N倍。Space X的计算机大部分使用了成本较低的“抗辐射容错”设计,而不是昂贵的“抗辐射修整”设计,一个猎鹰火箭拥有三台飞行中掌控电脑,每个电脑有两个处理器,当一台计算机的两个处理器运算结果不一致时,整套计算系统就会忽略这台计算机的结果。因此,只要有一个计算机能正常运行,猎鹰火箭就能正常工作。

航天级处理器的运营需要“稳”而不是“快”,和手机相比,航天器所面对的环境不会更极端,比如极端的温差、太空辐射、高能粒子的碰撞……如果航天器的计算机出问题了,那么往往是因为外部环境所致,而不是运营阻抗过高。同时,芯片的稳定性和性能不成正比,航天级芯片和民用级芯片在性能参数上最直观的差距就是,航天级芯片的主频更低,骁龙801处理器2.5GHz的主频在手机中算是中端水平,但在航天级处理器中这是遥不可及的主频。

(我国的玉兔二号月球车的 CPU 频率只有 100 MHz,内存也只有 256 MB。)

普通的民用级芯片是无法在太空中长期、平稳工作的。高通回应,机智号直升机上的骁龙801处理器没有经过增强加固高通业务扩展高级总监兼自动机器人、无人机和智能电器负责人DevSingh在接受外媒FierceElectronics专访时表示:“令人出乎意料的是,机智号上的骁龙处理器本身并没进行增强加固,尽管NASA喷气前进实验室(NASAJPL)已对处理器展开了围困保护,以防止受到火星低气压和低寒的影响。”

机智号火星车使用很多民用产品。除了骁龙801处理器,机智号无人机所用于的导航系统设备,包括惯性测量单元IMU、激光测距仪等等设备,都是通过电商平台SparkFun购买的,而且它们都是普通民用级硬件。也许是由于机智号本身是实验验证性质的,而且这些民用产品的“理论成绩”达标,所以NASA这次愿意分担一些风险,特别允许项目组在市场上订购民用产品。这些民用产品的成本要比航天级产品较低的多。

机智号直升机有很多试验性的尝试,至于它能无法在火星正常工作?恐怕NASA这时也不敢给出肯定的答复。

目前机智号直升机状态良好目前NASA喷气前进实验室的任务负责人已接到机智号火星直升机的第一份状态报告,该报告的数据体现了机智号电池的充电状态、基站运营状态,和加热器电源等都合乎设计。

基站:漫游车上一个确保直升机与地球之间的通信连接的设备。

相连:通过探测器和直升机上配备的900MHz SiFlex芯片组,建立Zigbee无线电链路。

信号传输:机智号直升机,毅力号巡视器,火星轨道上的卫星,地球。

报告表明直升机和其基站目前均工作正常。经过一小时的电池将使直升机的电池达到其总量的约30%。 此后几天,系统将再次对它们电池,超过35%的水平。

机智号直升机

NASA计划在直升机相同在漫游车阶段每周对其电池一次。下一次充电数据报告将与这次的报告展开比较,以协助团队制定最优的充电策略。

如果机智号需要在最低温度超过零下90摄氏度的第一个火星夜中幸存,那么它将进行首次飞行中任务。毅力号将机智号直升机下放在地面后,将具有30火星日(31地球日)的实验飞行中测试窗口。如果“机智”号在首次飞行中能够成功降落和悬停,就已经构建了该项目90%的目标。如果直升机顺利着陆并仍能工作,则最多可以尝试展开四次飞行中。每次飞行中都以上一次飞行中成功为基础。