潮科技 | 成本相差5384倍，快把电脑拆掉攒火箭

在航天圈里，有一种器件如贵族般存在：宇航级器件。

一个二极管只要上天验证成功，就可以从一个工业级十八线小明星跃升为宇航级一线大明星，身价可以倍增上百倍甚至上万倍。以现有载人飞船搭载的星载计算机和控制器举例，单个控制器价格为500万人民币左右，一共14个系统，为了追求高可靠性，每个系统1+1备份，一共28个控制器，成本总计约1.4亿人民币！

而SpaceX的龙飞船主控系统的芯片组，仅用了2.6万人民币，成本相差5384倍！

Elon Musk到底是如何做到的？我们看以下几条重要的知识点，有可能让你从攒机工程师，阶跃为一个航天工程师。

知识点

航天器所有的器件都是特种兵，不是loser，他们要经历很苛刻很苛刻的环境。首先发射时要禁得住剧烈的抖动和很高的温度，才能走出地球。而真正的炼狱在入轨后才刚刚开始，面对太阳面的时候，温度迅速提升，最高到120°C背离太阳面的时候，温度骤减，最低到-150°C就这样90分钟一圈又一圈，周而复始，每圈都是270°C的温差。

而对于电子器件来说，温度不是最难熬的，最难熬的是太空中的辐射，这些辐射有来自地球的召唤：地球磁场；也有来自太阳的问候：高能粒子；还可能有来自三体文明的问候：其他太阳系以外的粒子。

而这些粒子，将引发电子器件的神经紊乱，专业名词是：粒子翻转。它将很Surprise地告诉星载计算机和星载存储器，

“下面将是见证奇迹发生的一刻！”

“我要把1变成0，然后再把0变成1。”

有些人问了，多大点事啊，不就差个1吗？！

但是在比特界，差一位就可差之千里。

举个栗子：

如果指令20是向上爬升，指令24是停止推进，后果是难以想象的。所以如果发生了1和0不分的情况，整个飞行器的运算结果曾导致非常大的灾难。在1996年，阿里安501火箭，虽然没有粒子翻转，但是系统试图将一个64位的数字，放到一个16位的地址里面去，随即发生了1/0错乱的现象。结果在点火37秒后，火箭开始侧翻，随之爆炸，因为这个“小”问题，那次发射损失高达3.7亿美金！

回到主题，既然粒子翻转这么恐怖，那SpaceX如何做到发现问题和解决问题的呢？

很简单：民主决策。技术名词叫：parity bits 同位位元。

既然判断不了一个是否翻转，那就多放几个一样的设备，通过比较，把不一样的结果给踢出去。

而SpaceX也没有用双核做一件事，而是把双核拆成了两个单核，分别计算同样的数据。每个系统配置3块芯片做冗余，也就是6个核做计算。

如果其中1个核的数据和其他5个核不同，那么主控系统会告诉这个核重新启动，再把其他5个核的数据拷贝给重启的核，从而达到数据一直同步。周而复始，不让一个核掉队，这是多么宝贵的批评与自我批评的精神啊！

据SpaceX前火箭总师John Muratore透露，龙飞船一共有18个系统，每个系统配置了3块X86芯片，

龙飞船一共有54块。所以龙飞船主控芯片的总价约：2.6万人民币，3600美元。

而猎鹰九号一共有9个分立式发动机，每个发动机配置了3块X86芯片，加上主控系统配置了3块，猎鹰九号一共有30块这样的芯片。猎鹰九号主控芯片的总价约：1.4万人民币，2000美元！我差点砸了手里的X1，是它阻拦了我攒火箭的大计。

更让SpaceX开心的事情，是Intel X86的程序员一抓一大把啊，而专业宇航级器件的程序用的基本都是特定语言，程序员比元器件还难找。而且硬件工程师压力也小，X86芯片随便造，烧坏了？再来1个。不不，再买一打！可是宇航级器件仅仅是测试费，就都够再买一车X86芯片的。

以后遇到会Linux或者C++的程序员，尽管他们发量稀少了，也一定要保持尊重。因为SpaceX就用的开源Linux写的操作系统，而Linux用随便一台电脑就可以编写。同样的，SpaceX程序员最爱的还是C++，用开源的GCC或者GDB做火箭的主控程序，同样的码农，却可以秒杀其他C++选手，这就是上天和开源的力量。

当然，除了这两个，SpaceX还用LabView，一款图形化编辑语言，对于火箭程序来讲，它更容易实现可视化和流程化，更容易做复杂的算法设计和数据分析。

而更让波粒感到兴奋的是，SpaceX也用Matlab，作为通信工程师，我只能自豪的说，我本科和硕士的通信系统仿真全是用Matlab做的在仿真和矩阵计算上，真的很好用。 而且，龙飞船，猎鹰九号，猎鹰重型，分享着同一款代码，分享着同一类迭代，分享着同一种喜悦，多么的模块化，多么的互联网，简直给我勇气再次举起互联网思维的大旗，进军互联网+商业航天的新时代！

 2018年，SpaceX一共发射21次，一个公司占全球发射数量约20%，而SpaceX的工程师和分析师，也是全球最幸福的航天软件工程师，因为他们手里有大量的测试数据和实际数据，而且他们也被鼓励用不同的维度，去检验飞行器的安全性，形成最新的也最实用的测试程序，从而降低实测成本。

同时，Continuous Integration，持续集成也被应用在了程序测试上。持续集成为了配合敏捷开发（相对于瀑布开发）的速度和效率而产生的一个用于编译、测试、发布、部署的工具。通过这种办法，可以让团队每时每刻在持续的基础上，收到反馈并进行改进，不必等到开发周期后期才寻找和修复缺陷。而且火箭程序不同于其他，会进行“断弦式”测试，突然关闭一台电脑，来看看发动机到底有什么反应。

航天已经经历了60年的历史，每一次阶跃其实都伴随着各类器件技术革新，比如：1950年代的晶体管技术，1970年代的微控制器技术，1980年代的数字信号处理技术，1990年代的高性能存储技术，现在，芯片工艺从28nm，16nm，10nm到7nm，工艺的提升也增加了芯片在太空中的抗辐射性能，让商业器件在太空中应用可行性大大提升。

伴随航天成长的是经典的：摩尔定律。但是摩尔定律到现在在地面侧都快失效了，而在航天侧还没有开始。

比如Greg Wyler在2019年1月6号，Twitter的Oneweb的新型相控阵天线，目标定价15美金。

比如AWS与Lockheed Martin在2018年11月，发布的超小型地面站，可降低地面站80%的成本

北京九天微星正在研制，200mW卫星物联网终端模组，目标定价5美金。

因此，波粒相信，航天缺少的仅仅是大胆的商业器件验证，缺少的仅仅是采用MVP快速迭代的环境，而逐年降低的发射成本正在迅速降低试验成本，因此，属于航天的摩尔定律才刚刚开始！属于航天的互联网思维才刚刚开始！属于航天的大时代才刚刚开始！

请尊重你身边的C++、Linux、Python、Labview、Matlab程序猿。他们随时都有可能上天 。