重力锁眼重力锁眼图-聚上美

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相关重力锁眼的扩展：
什么是重力锁眼

”小行星“若想”进入与地球相撞的轨道，须穿越近地空间的“重力锁眼”区域，尔后才有可能在地球引力作用下撞向地球.这个区域是大概重力的一个极点。

我想，“重力锁眼”应该是和“引力眼”差不多的，因为资料上说，“如果阿波菲斯小行星以三十七分之一的概率穿过地球上空的引力眼（引力仅为正常值的四分之一），那么其将被拖入绕地轨道，并于七年之后的2036年从北极上空进入大气层”。这么说来这个眼也是引力的一个点。

有小伙伴建议出个目录，于是我简单写了个内容概要。一直跟踪文章的童鞋可以跳过这一部分。

不论是何种类型的弹道导弹，在起飞助推段和亚轨道飞行段，扮演主要角色的是惯性导航系统。传统的惯导系统依赖的是机械陀螺和加速度计。这也是早期V-2导弹制导系统的主体结构（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（一）》）。陀螺的作用就像一个内置的指南针，依据转动惯量守恒原理为导航系统指明方向（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（二）》和《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（三）》），而加速度计则是测量导弹飞行加速度的装置，通过对测量的加速度进行时间域积分，积分结果就是飞行距离。陀螺仪提供方向量，加速度计提供矢量模，弹载计算机利用这两个参数就可以解算弹道。（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（四）》）。

科学与技术之间的鸿沟在很大程度上是由error造成的。不论是数值计算还是概率统计还是实验理论，error是永远绕不开的话题。甚至，如何让error变废为宝已经成为一个专门研究的领域。陀螺仪只要转，就不可避免地产生摩擦；加速度计只要参与测量，就有测量误差；让数据变成计算机可以计算的过程，以及计算的本身，就是不断地丢掉微小的误差，用线性来近似非线性的过程，与用3.14近似π是一个道理，只不过在不同的空间有不同的叫法，有些是在欧式空间（实数域），有些则是在泛函空间（比如希尔伯特空间），有些则是在概率空间（以二阶矩作为度量，构成一个希尔伯特空间）。这些都是在设计时经常用到。

科学容许我们做的是减小误差，而不是消除误差。误差越小，精度越高。所以，就有了气浮陀螺，液浮陀螺，磁悬浮陀螺，光纤陀螺，激光陀螺，千方百计地减小摩擦。对速度计而言，为了避免重力产生的虚假信号误差随时间积累，设计了平台惯导和捷联惯导。（参考《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（五）》）

但是精度提高的同时，造价却越来越昂贵。所以，精度最好的惯性导航系统往往用于洲际核导弹上，比如“惯性参考球”就被用于“和平卫士”洲际导弹。如果装在战术导弹上，可能打击的目标都没有这枚导弹值钱。

赔本的买卖咱不干

所以到了20世纪80年代后期，导弹发展进入了第三个阶段，在惯性制导外，引入了末制导，在不大幅提高成本的情况下，将导弹精度提高到十米量级。其中，“匹配”是末制导的主要实现方式，其中的星光匹配用在弹道高的洲际战略导弹上（比如41，萨尔玛特），方便在飞出大气层外进行天文匹配；地形匹配和景象匹配则广泛用于中短程导弹和巡航导弹上（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（六）》到《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十一）》）。围绕“匹配”，我们聊了很多东西。由“匹配”算法说开去，就会牵出计算机视觉。由匹配传感器聊开去，就会引出可见光、红外、合成孔径。

无疑，可见光制导效果最好，目标外形、颜色甚至舰船舷号都可以拿来区分目标。但是海上大雾或者舰艇释放烟幕时，可见光成像就无能为力了。所谓的雾霾防激光就是这个理。红外制导是最可行的制导方式，对舰艇、飞机、坦克装甲车威胁最大，这些大件装备功率奇高，只要消耗能量，就会有很大一部分能量以热能形式释放出来，就能被红外传感器捕捉。（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十二）——航母在哪里》）

但是，即便舰艇的光学信号再明显，在茫茫大海中，它仍然只是一个微不足道的点。而舰艇的尾迹则不然，在茫茫大海中，尾迹久久不会消失，就像是个指路牌，告诉我们说“快看，你要揍的航母就在前面”！弹头既可以通过雷达微波遥感也可以通过可见光成像捕捉尾迹和开尔文波。（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十三）——踏着航母的脚印抽冷子抡一闷棍》）

似乎问题就这样愉快地解决了。但是说说容易，做起来，何其难啊！

弹头末段以高超声速飞行，这种速度下，弹头与空气剧烈摩擦产生极高的温度，引发高温烧蚀效应。这种温度下，可见光、红外、微波雷达都统统成为瞎子。解决这个问题，要么对弹头进行冷却，要么通过巧妙的气动设计和传感器设计规避烧蚀，再就是降低速度。不论采用哪种方式，都有一定的局限性。中庸一点的做法就是将复合制导、多模成像融合起来提高制导精度；在末段将速度适当降低，规避严重的高温烧蚀，依靠弹头的动能和精度实现杀伤。（参考《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十四）——反舰弹道导弹与红外制导能凑一块吗？》和《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十五）——斯特林制冷与红外末制导》）

一句话，少装药多放传感器，适当减速提高精度。数百公斤的弹头以高超声速撞击航母甲板，贯穿航母，打击目的即已实现，弹头炸与不炸已经没有那么重要了。甚至，弹头在核航母内部爆炸并不是一件造福子孙的好事情，尤其是近海。

雷达制导广泛用于空空导弹和反舰导弹，为反舰弹道导弹末制导提供了启发。传统的雷达在距离分辨率、速度分辨率、角分辨率三个方面相互钳制，某一个方面的精度提高必定会导致另一个方面精度降低，三者始终不能大幅度地同步提高。为了绕开这个坑，工程师将目光集中到波长更短、频率更高的微波波段。微波波长介于可见光和无线电波之间，克服了天气、烟雾对可见光的干扰，同时也能实现面成像。（参考《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十六）——雷达末制导与分辨率》）。不过这个时候的面成像非常粗糙，而且需要雷达天线离目标非常近才可以。要远距离区分目标，就得需要一口很大很大的"锅"。

合成孔径技术（SAR）利用雷达自身高速运动虚拟出一个巨型雷达天线，通过数据处理方式实现了高清晰度的目标成像。这个像是一个虚像，是从数据中挖掘出来的。SAR不仅开辟了全新的雷达研究方向，还是大数据时代的第一批弄潮儿（参考《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十七）——合成孔径与微波成像》）。微波技术的巨大发展，使微波遥感成像和精确打击成为现实。

SAR成像对象是地面固定目标，对于海面运动舰艇的识别，还要改进算法，滤掉海杂波，引入运动目标指示，对运动目标进行参数估计和聚焦成像。运动目标指示和滤掉海杂波非常有挑战性，但更具挑战性的是让SAR制导的弹头实现大攻角贯顶攻击。因为在大攻角下，方位向多普勒带宽近似于零，雷达前视成像是个“盲区”。其实在这里还有一个高温烧蚀透波罩的问题，我们没有展开。（参见《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十八）——SAR与ISAR》）

在飞行末段，弹头要以大攻角、高超声速砸向航母甲板，整个过程伴随着单/三维加速度甚至高阶加速度，具有非常突出的非合作、非协作性。开一下脑洞：假设弹头以5个马赫数飞下来，一秒钟就有1500米，在1500米外的高空看航母，就是个点。整个飞行过程成像制导还必须是动态的，也就是弹载计算机会像放电影一样看着眼前的航母图像迅速变大。如果真能将这样的动态视角以视频形式记录下来，一定相当震撼。

这并不是完全不能实现，至少在我们思维所及，这件事有点难度。

所以，我们换了一个角度。不把所有的“任务”集中给弹载制导系统，而是将一部分工作分交由系统其他部分完成。比如，采用卫星制导和中途匹配修正，辅助惯导，使弹头在进入末段飞行之前即已处于航母战斗群上空，这就会为末制导减轻不少压力。而要实现这个目的，卫星制导和岸基警戒雷达是不可或缺的。于是我们在《由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹（十九）——ISAR岸对海侦察警戒》聊到了ISAR逆合成孔径雷达。

而这一篇文章，我们从天基海洋监视卫星讲起，海洋监视卫星名为监视，实则集探测、跟踪、定位、识别和海上监视于一身，是对海监视和扫描效率最高的手段。

天基海洋监视系统

海洋监视卫星有成像监视卫星和电子海洋监视卫星两大类。

成像型侦察卫星可以通过可见光、红外和微波遥感方式提供目标的高分辨率图像。电子海洋监视卫星和电子侦察卫星一样，通过连续不断地接收舰船发出的电磁信号，测定目标的位置、航向、航速信息。实践中，成像监视、电子监视卫星往往与导航卫星配合使用，分别提供目标外形、航速、航向、电磁特征、时间以及精确位置等信息。让目标的具体形貌以及精确位置完整地展现出来。

有些鸡贼点的海洋监视卫星，还可以跟踪和监视低空航行的巡航导弹，当然了，能监视别人的巡航导弹就能为自己的巡航导弹提供制导信息，与导航卫星相结合，能够使巡航导弹兼备对陆对海精确攻击能力

这是天基体系与天基体系的对抗，不论是光学成像监视还是电子监视卫星，都不能在未来的战场上单独存在。光学成像依赖天气条件，容易被干扰，甚至有些驱逐舰通过暴露自己的红外特征，吸引红外制导导弹/鱼雷来为航母“顶雷”。

电子监视卫星也容易被干扰。尽管航母战斗群舰只之间保持着相当大的间隔距离，但是舰艇上的各型雷达仍然会产生大量的密集且复杂的信号，这为电子侦察卫星提供情报搜集机会的同时，也是一种无形的挑战。如何筛选出真正有用的信息，滤除干扰和欺骗信息是一项挑战。极端情况下，在卫星过顶时舰队雷达和电台会临时关机以躲避侦察。

苏联反航母“神话”

早在冷战时期，苏联就开发了代号为“神话”的反航母卫星星座，尽管现在已经失去了作用，仍旧有许多地方值得借鉴。

“神话”是由4颗SAR主动雷达探测卫星（US-A）和1颗被动情报搜集卫星（US-P，无线电测向，三角确定航母位置）组成的星座，1984年就完成了星座搭建和调试。苏联解体后，随着卫星陆续达到设计寿命，“传奇”系统逐渐停用。后来俄罗斯研发了替代的“藤蔓”系统。

在“神话”和“藤蔓”系统的支持下，P700花岗岩能在500+公里的射程上以3.5马赫（末段）的速度准确命中航母，因此北约给这款导弹起了一个非常牙疼的绰号“船难(Shipwreck)”。

发射后，

P700“花岗岩”导弹先由固体火箭助推器将导弹推进到预定高度，而后冲压发动机启动，在20千米高度巡航飞行，末端导引头捕获目标后开始俯冲攻击。依靠携载的750公斤装药常规弹头或者50万吨当量的核弹头对航母形成有效杀伤

但是原计划用于发射“藤蔓”卫星系统的“天顶”中型运载火箭，由乌克兰南方机械制造厂制造，不得已，2009年俄罗斯选用自己的联盟号火箭将“藤蔓”星座首颗星“荷花-S”送入太空。

“天顶”运载火箭从奥德赛海上发射平台发射升空

“藤蔓”卫星系统主要由4颗卫星组成，分别是两颗"荷花-S"电子侦察卫星以及两颗"芍药-NKS"主动雷达卫星，尽管不如“神话”30颗卫星的昔日辉煌，但中断20多年的天基对海监测能力得以恢复，让俄罗斯兴奋不已。

美国天基侦察星座

鹰酱也没闲着，1978年美国发射了第一颗载有SAR的卫星——Seasat-A海洋卫星。

Seasat-A海洋卫星工作在L波段，其任务是论证海洋动力学测量的可靠性

SAR海洋图像拍摄到了海上航行的舰船以及舰船航迹

从Seasat拍摄到的SAR海洋图像中观察到海上航行的舰船目标以及航迹，自此以后，舰船航迹的检测慢慢成为遥感领域的一个热点。

美国开展利用船尾SAR图像密度谱和波浪斜率变化谱来估计运动舰船，利用潜艇尾迹的SAR图像探测跟踪潜艇，将天基SAR遥感发挥到了极致

SAR雷达图像下的舰艇尾迹

SAR雷达甚至还能发现通过伪装手段隐蔽的武器装备，穿透地表，发现隐藏于地下数米的设施。左侧图是以色列一新创公司，利用SAR探测地下水以及输水管道泄露情况，右图为欧空局利用SAR对地下输油管和输气管线的遥感成像

在SeasatA取得重大成功后，美国利用航天飞机分别于1981年11月、1984年10 月和1994年4月将Sir2A，Sir2B和Sir2C/X2SAR三部成像雷达送入太空。

Shuttle Imaging Radar-B，Sir2B是Sir2A的改进型，其天线波束指向可机械改变，缩短了对热点地区的观测周期

雷达成像最负盛名的是美国的“长曲棍球”（Lacrosse）军用雷达卫星，该型号卫星自1988年至2005年已先后发射了5颗，其分辨率从最初的1m逐渐提高到0.3m，这是目前为止分辨率最高的天基合成孔径雷达之一。

长曲棍球/维加（Lacrosse/Vega）雷法成像侦察卫星

“长曲棍球”

研发之初主要用于跟踪监视华约国家装甲部队。在苏联解体后的历次局部冲突中客串了不少角色，比如1996年用来侦察评估巡航导弹对伊拉克打击效果，波黑战争中监视塞族装甲部队

采用条带成像模式（strip）的合成孔径雷达，当信号目标返回时，能同时将图像显示出来，提供的是连续的条带图像。

“长曲棍球”卫星则完全不同，它采用了"聚光灯式"（spot）成像原理，这是面对目标失真的不得已选择：当“长曲棍球”掠过地球时，摄下一张张“快照”，这些“快照”隐藏在海量的快摄信号数据中，只不过由于多普勒效应，快摄信号从目标返回时会有失真，星载计算机算力有限，所以通过中继卫星将数据传回地面，由地面大型计算机解算数据。“长曲棍球”具备一定的数据处理能力，主要是为了数据传输之便，即便如此，运算这些数据仍需要消耗大量的电力。因此，为了保证“长曲棍球”有充足的电力供应，给它装了一个长达50米的太阳能电池板。同样为电力发愁的毛子，则选择在“神话”US-A上搭载小型核反应堆提供电力。

长曲棍球卫星结构功能示意图

所以整个流程为：“长曲棍球”卫星产生的海量数据，通过大型跟踪天线传至经“跟踪与数据中继卫星”，再由中继卫星传至白沙地面站。

在地面，超级计算机把快摄信号数据进行修正，再二次合成更加清晰的图像。这一套王八拳轮下来，就是完整的“聚光灯合成孔径雷达技术”。

由于数据是在地面解算的，地面计算机有充足的算力修正数据、二次成像、挖掘数据信息。这使得聚光灯合成孔径雷达得到的图像有着极高的分辨率。只要“长曲棍球”在太空中能稳定地成像，轨道参数、成像角度不发生大的变化，通过固定的解算程序就能快速对目标成像。反过来，如果“长曲棍球”在太空中不老实，地面解算数据就要就吃力了。所以在设计之初，“长曲棍球”的轨道机动能力就不显著。这就为反卫星武器开了一扇窗户，比如俄罗斯。

2009年2月10日国际标准时间16：56，一颗美国商业卫星“铱星33号”（Iridium 33，左图）与一颗俄罗斯报废军用卫星“宇宙-2251”（Cosmos-2251，右图）在俄罗斯西伯利亚北冰洋沿岸的泰梅尔半岛上空大约789公里高度上相撞

前苏联曾研制过一型特殊的反卫星武器，即反卫星卫星，该系统拥有强大的轨道机动能力，升空后保持休眠状态，在接受攻击命令后苏醒，机动到目标卫星附近通过自爆方式或相撞的方式与目标卫星同归于尽。由于此次美俄卫星相撞地点位于西伯利亚上空，因此国际上一种声音认为“宇宙-2251”并没有报废，而是一颗处于休眠状态的“自杀式反卫星卫星”，在接受地面指令后苏醒过来，击杀了正在西伯利亚上空执行军事侦察任务的美国铱星

新一代的侦察卫星装有姿控发动机，以提高对地观察范围，以及具备一定的快响能力。这使得“长曲棍球”在美国的侦察体系中扮演的角色越来越重要。国外网站公开披露的“长曲棍球”有五颗，除了1988年12月2日由美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入太空的第一颗以外，还有在1991年3月，1997年10月，2000年8月和2005年4月分别被送入太空的二号星、三号星、四号星、五号星送入太空。

后四颗星采用双星组网方式工作，地面分辨率在标准模式下为1米，宽扫模式下为3米，精扫模式下为0.3米，地面覆盖面积高达数百平方公里。因此，在很长很长一段时间内，“长曲棍球”和“锁眼”都是我们羡慕的对象。

采用多星组网方式搭建星座，能够保证连续不断地监视，不至于中途丢失目标

连接与算力——智能的基础

Connection and Computing

苏联“神话”系统搭建了天基反舰系统的框架，在新的时代，“神话”这个旧瓶可以装入新酒——美国“长曲棍球”的技术经验，尤其是在计算与连接方面的增强，能够让天基支援系统更加高效，更加迅速，更加智能。

从斯普特尼克一号开始，航天器与计算机就牢牢结合在了一起。从运载火箭的弹载计算机，到卫星的星载计算机，到空间站的计算机，再到火星车的计算机。每一次航天壮举的背后，都有数不尽的航天级处理器参与数据的解算与指令的下达。

不过这些计算机采用的计算模式都是基于规则的计算：输入一个指令，计算机根据编写好的代码，得到输出指令。这看起来很自然，在我们的印象中，计算机就应该是这样的。在很长很长的时间里，包括今天，这样的计算机在各个领域中都起到了非常大的作用。

但是当一切都OK的事情触及到图像识别时，一切就变得非常不OK起来了，基于规则的计算不再管用了。因为这些问题都没有固定的规律对其进行定义，没有明确的定义就没有明确的特点，就没有明确的方法根据特点加以归类。我们不能告诉美国航母舰长：“你要按照我弹载计算机设定好的航速和航向航行，甲板上必须不多不少摆放15架舰载机，各自摆放在哪里，然后等着我来打你”。

在这种情况下，就出现了基于统计的计算。如果大家想入坑机器学习，可以买一本《统计学习方法》咀嚼一下，如果你英文底子好，可以看看PRML或者《ESL》，关于这些书中的一些公式推导，好玩的算法思想，我们会出一个系列聊的。

基于统计的计算，能够帮助我们解决那些没有固定的规则可定义的问题，比如湍流、燃烧、气象、图像识别、语音识别等等。将这种计算方法用于战场侦察与感知，就能使计算机拥有诸葛亮式的神机妙算。在Bayes的角度上，二者没有本质差别，诸葛亮对于战场的把握是基于作战指挥经验的积累，而计算机通过采集海量的数据，也能从数据中积累战场经验。这不就是阿尔法狗么？

智能计算与侦察识别以算力与连接为实现条件。

基于统计的计算，本质上是一种暴力计算，对算力有着高度的依赖：如果让一台计算机识别一艘航母，可能就要用几百万张航母照片来对算法进行训练；如果要进一步区分是戴高乐航母还是尼米兹航母，就需要更多的图片，识别更多的细节，消耗更大的算力。

解决算力不足的问题，办法之一是将算力在地面数据中心、卫星以及弹头末制导终端之间进行分配，形成一张由通信网络连接的计算网。末制导弹头就是一部手机，天基监视卫星就是手机基站，而数据地面站（类似贝尔沃堡）就是移动通信数据中心。

三者之间，中心节点通过暴力计算对通用模型进行大规模训练，训练出来的通用模型可以支持卫星（基站）的边缘计算与端的个性化识别计算。在这种协同之下，可以最大地发挥算力的效力，而不需要像“长曲棍球”卫星那样将所有的数据通过中继到地面站。发挥卫星边缘计算的潜力，在信息保密方面也更具优势。

要提升计算能力，就要充分发挥连接能力，连接与计算是智能世界的两大抓手。因此，在谈人工智能用于海洋监视与制导之前，先要解决连接与计算的天基“基建”。马斯克的星链计划就是搭建天基的高速、低延时通信网络，这个计划也具有深刻的军事意义。

星载计算机

让人意外的是，星载计算机的计算能力可能还不如一部手机。

星载计算机是一种嵌入式计算机，作为卫星综合电子系统的计算中心、控制中心以及数据管理中心，星载计算机承担着卫星姿态与轨道控制，任务管理，数据存储及处理等方方面面的任务，是卫星的控制核心。

早期的卫星受到电子技术的制约，寿命非常短。70年代中后期，超大规模集成电路兴起并迅速发展，当时30平方毫米硅片可以集成15万个晶体管，而现在的半导体技术，一块芯片上已经可以集成数亿个晶体管。晶体管尺寸不断缩小的同时，工作电压也不断减小，这样只需要非常小的电量就可以使电路逻辑状态发生翻转。而航天器所处宇宙环境中，遍布辐射线，即使较低能量的辐射线就能引发半导体电路逻辑状态的翻转，进而引发星载计算机系统的毁灭性故障。

卫星技术的复杂度越来越高，与之相伴的是大量高性能、高集成度的超大规模微电子器件。在带来计算机性能增强的同时，更使计算机系统在空间辐射环境下更为脆弱，因空间辐射环境带来的故障模式日趋复杂，产生的危害更大，故障判断更琢磨不定

因此，要想电子系统在恶劣的空间环境中长时间地可靠运行，星载计算机需要的不仅仅是出色的计算能力，还要有高度的可靠性，而且，后者更为重要。

2010年4月，GPS广域差分系统（WAAS）的一颗商业卫星Galaxy-15卫星与地面失去联系，后经分析发现是由于太阳耀斑烧毁了CPU，导致卫星半身不遂

Galaxy-15不再响应指令，它也无法被关闭，在很长的一段时间内星上唯一活跃的就剩一部WAAS中继器。中继器的作用是对上行链路信号进行变频放大，然后经过下行链路将信号发送出去，这颗半身不遂的卫星就这样成了一部信号干扰器，干扰所有经过的卫星，尤其是GPS系统的其他星

航天电子器件稳定性、可靠性优于计算性能。为了提高产品可靠性，不得不从系统、结构、电路、器件各个方面进行抗辐射加固设计，采用多级冗余的方法减轻辐射破坏，航天计算机容错机制就是措施之一。

Mate40搭载的麒麟9000已经是八核的了，而最先进的航天级CPU RAD750还是单核的存在。尽管核心数不代表性能，但RAD750每秒运行2.6亿次指令集，而手机搭载的高通骁龙865每秒就可进行15万亿次运算，差距显而易见。这种巨大的反差是工程师们为了保证安全性而不得不做出的牺牲

在相当长的一段时间里，我们的星载计算机处理器严重依赖进口。以美国为首的西方国家严格限制高性能的宇航级和军品级CPU的对华出口，这也使我国星载计算机发展缓慢，不论是在硬件还是体系结构方面。多年前就盛传有美籍华裔学者因购买了几十片军品级Intel 486 CPU并出售给中国，被美国司法机关和国防部犯罪调查局调查指控。

现在能看到的关于国内航天级、军品级计算机的文献都是十年以前的了，当时的CPU大多是参照国外产品功能及接口的基础上，采取逆向设计的方法实现功能仿制，比如仿制INTEL486DX研制的486DX，仿制ATMEL POWERPC 603E研制的603E，仿制INTEL奔腾研制的“奔腾”等等。其中较为突出的是国产版的P1750在风云三号气象卫星上的运用。这些仿制品基于开源代码修改设计的国产CPU，大多存在性能偏低的问题，“洞察号”火星探测器搭载的RAD750的计算性能达240—400MIPS，而国产版只有100MIPS上下，与欧洲LEON相当（为保证美国GPS系统的竞争力，美国对所有应用在ESA“伽俐略导航计划”上的器件进行禁运，包括处理器，这使得欧洲不得不独立开发基于SPARC体系结构的芯片）。

请注意哦，上面数据是十几年前的了。现在发展到何种程度呢？

不得而知。

甚至航天级芯片的配套厂家都是美国追踪的对象（比如美国以中芯国际代工军用芯片为由实施制裁）。但是我们可以从下面几个点来推测我国航天级芯片的发展程度。

第一个是北斗导航系统及搭载的国产化系列芯片。引用《揭秘：北斗卫星国产芯片是怎样炼成的》一文：我国某单位2003年开始投入研制宇航级CPU芯片；2006年，已研制出第一代CPU芯片；2011年，中国出现了第一款随试验卫星升空的空间用CPU芯片，然而，这次只在试验卫星的其中一个主机上使用了国产CPU芯片，并且仍然采用了进口芯片做备份；2015年发射的北斗双星真正100%采用了国产CPU芯片。而且，从15年后，北斗卫星区域组网，全球组网，老星替代步伐加速，直至今年完全建成，可见我国星载计算机可靠性已经不逊一筹

第二个是西方对俄实施禁运后，毛子转而规模化、成批次进口我国芯片，其中不乏军品级、航天级芯片。引自《俄罗斯采购中国宇航级CPU：中国军用芯片已能自给自足》

第三个是至今一直在服役的玉兔二号月球车，它搭载的CPU是基于开源代码来修改设计的芯片，性能比欧洲产品略好。网上有篇文章《玉兔二号上十万一块的国产 CPU，甚至连斗地主都带不动？》说玉兔二号CPU主频只有0.1GHz，大家可以打开自己的电脑，然后看一下CPU频率，基本都是几个GHz，也就是说，玉兔的CPU性能只有电脑的十几分之一，甚至几十分之一

另辟蹊径

为了最大限度榨干成本，提高智能化操作水平，SpaceX放弃了昂贵的宇航级电子器件，转而采用了经典的Intel的X86双核处理器，这种芯片采购价不到500人民币，所以Space X大把大把地给“猎鹰9”装CPU，然后依靠算法和系统架构，保证了设计上的冗余和可靠性。

“猎鹰9”每台“梅林”发动机配备3颗CPU，9台发动机共有27颗CPU，另外飞行控制系统还有3颗CPU，这样单单火箭就有30颗

针对每一个系统，工程师都使用了三颗多核CPU。在系统工作时，每个CPU的每个核心都只做一个运算，然后将运算结果拿来互相比对，如果结果一致，那就说明运算结果靠谱，继续运算下一条命令。如果某个处理器因为可能的辐射原因而与其他几个运算结果不同，那么这颗CPU就会立刻重启，重新运算，并与其他CPU交叉验证。保证向下执行的运算每一步都是正确的。通过巧妙的算法和系统设计，保证即使3个CPU都遭受辐射袭击，系统还能够将运算中的错误纠正过来。

你可能认为，相对于卫星而言，火箭在外太空工作时间实在是太短了，适合于火箭的多CPU冗余设计未必适用于宇宙飞船或者卫星。

那么我们来看看“龙”飞船吧：

“龙”飞船飞控系统有3颗CPU，其余18个系统每个系统还有3颗CPU，这就将近60颗CPU了！

“龙”飞船的设计是多个CPU+“拜占庭算法”的融合升级。这种设计方式早在20年前就用于国际空间站了。

国际空间站的“拜占庭”算法

1982年，Lamport，Shostak和Pease在论文“拜占庭综合问题”中提出了用于容错计算机系统的拜占庭算法，该算法规定了一个能够隔离任意故障的拜占庭容错系统。

Lamport，Shostak和Pease的paper，这篇文章发表于1982年，但酒香不怕巷子深，它的影响一直延续到今天

欧洲为国际空间站俄罗斯舱研制的数据处理系统的容错计算机（Fault Tolerance Computer，FTC），采用了拜占庭容错体系，该机可以工作在单机、双机、三机和四机等组态下，当工作在四机时，能够容忍1个任意故障（拜占庭故障）和2个不同时的故障，如有1个机器出问题则自动降为三机状态运行，且当故障机器修复后可以进行系统重构恢复为正常工作模式；此外，在三机运行的情况下，还可以容忍1机故障。这种模式非常好地实现了容错目标。