可自動修復的宇航計算機系統
背景介紹
2008年5月,有關媒體報導說,在人類探索宇宙的歷史進程中,不乏因衛星或者太空飛行器上的某個小小電子元件出現故障,導致耗資龐大的太空探索或飛行任務功敗垂成的事例。但要解決距離地球幾百萬公里之外更換小小電子元件的事,卻並不那么簡單。
多年來,工程師們為此傷透了腦筋。雖然已經有過對太空天文望遠鏡進行維修的事例,也曾研製出了自動維修衛星,並在飛行中進行過實驗,但這樣的維修任務非常複雜,成本也很高。在太空開發的初期階段,解決這種問題的方法,就是使用重要設備的備用元件。比如,用於火星或木星探測的太空飛行器上的某種重要設備,或者電子元件出現問題,只能將希望寄托在那些備用系統上。但這樣的解決方案將導致太空飛行器或者飛船、衛星重量的增加,何況有時這種方法也於事無補,而減少太空飛行器的重量也是航天探索中令人頭痛的問題。
之後,美國亞利桑那大學研究人員,找到一種解決上述問題的方法。他們研製出了一種特殊的計算機系統,這些計算機能夠自動診斷航天系統中出現的設備故障,並可對設備進行重置,令其繼續工作 。
設計思想
這種可自動修復的計算機,是在 現場可程式門陣列(FPGA)的設計思想上誕生的。現場可程式門陣列,是作為專用積體電路領域中的一種半定製電路而出現的,既解決了定製電路的不足,又克服了原有可程式器件門電路數有限的缺點。它的使用非常靈活,同一片現場可程式門陣列,通過不同的編程數據可以產生不同的電路功能。它在通信、數據處理、網路、儀器、工業控制、軍事和航空航天等眾多領域,得到了廣泛套用。也就是說,它可以通過硬體和軟體靈活組合系統,達到重置失效晶片的功能。因為,一般來說大多數硬體的功能,都可以用軟體進行模擬,通過現場可程式門陣列重新“學習”各種不同硬體的功能,再成功模擬出該硬體。此項研究是從2006年開始的,得到了美國宇航局的經費資助。
目前,研究人員已研製出5個無線連線的硬體單元,每一個硬體單元可控制一個設備,例如在火星上工作的5個著陸器或漫遊器。如果計算機在某一個地方發現一個重要元件受損,同時又不能自動重置,第二個單元將來幫助執行自動修復;如果第一、第二兩個單元都不能勝任工作,其他三個單元則將承擔起所有任務,全部活動都能在無人幫助下自主完成。
研究人員指出,這種自動修復的計算機系統能夠長時間工作,非常適應太陽系外的探索活動,並將對未來的宇宙開發和探測研究提供更高的安全保障。
用於火星探測的能自動修復計算機
基本介紹
2010年10月13日,丹麥媒體報導,丹麥技術大學揚·馬德森領導的研究小組,開發出一款具有自我功能修復能力的新型計算機。據悉,測試成熟後,它將被美國航天局用於火星生命探測項目中 。
設計原理
研究人員表示,受到人體自我修復能力的啟發,研製出具有這種無需人工干預便可自行修復功能的計算機,並取名為“ 埃德娜”。
研究人員介紹說,與普通計算機擁有一個中央處理器不同,“埃德娜”有數目眾多的小處理器,就像人體內的大量細胞一樣。這些小處理器中,一部分正常運轉,另外一部分則作為“備份”。一旦某個運轉的小處理器出現問題,無法正常工作,就自動激活“備份”處理器中的一個,代替其執行任務。這樣,就不會因為某一個小處理器出問題就使整機陷於癱瘓,整個計算機可以運行得更為可靠和穩定 。