为什么玉兔号的内存只有256MB?手机内存都可以比它大,1.5G,双核,四核都出来了,玉兔cpu内存小,要知道运算速度就慢了:事实上的确如此,我国嫦娥三号月球探测
事实上的确如此,我国嫦娥三号月球探测器的玉兔号月球车计算机系统内存只有256MB,做为新世纪电子时代的高科技空间探测器,为什么玉兔号的内存只有256MB?其实答案很简单——因为够用了!
科学技术发展到当下水平,一部价值几千块的手机的内存都已经超过1GB,而做为工程总投资相当于4亿美元的探月工程,却给玉兔号月球车搞了一个内存只有256MB的“低配”计算机系统,这确实让人很难理解。
我们先来了解一下玉兔号:玉兔号月球车的总质量为140千克,造型呈长方形盒状,长1.5米,宽1米,高1.1米,搭载了包括红外成像光谱仪、激光点阵器、计算机控制系统在内的10多套科学探测仪器,行走部由“六轮独立驱动,四轮独立转向”系统构成,使用电动机驱动,系统用电主要电能由太阳能电池帆板供应,备用电源是一个钚-238同位素燃料电池(核电池)。
可见玉兔号是一个由大量电子、电气/电器设备高度集成的探测器,这就意味着它将十分耗电,如果计算机系统配置太高,那么功耗一定会上升,这无疑会增加供电系统的负担,这恐怕也是玉兔号最高行驶速度只有200米/小时的原因。
另外还有一个不可忽视的原因,那就是散热问题,配置越高的计算机功耗就越高,随之而来的问题就是系统散热难以解决,因为月球是没有空气的,这就意味着系统散热不可能像在地球一样通过风扇、散热片进行散热。
举个例子:我们的手机如果长时间运行大型游戏,那么在很短的时间内就会发烫,这就是手机的金属外壳正在吸收手机的系统热能向空气散热的现象,如果我们把手机放到空调出风口处吹风,那么发烫的手机将会在几分钟内恢复到正常状态。
很显然,月球上并不具备使用空气来为系统进行散热的条件,因此使用“低配”计算机系统可以起到降低功耗,从而降低系统发热量,进而起到提高系统可靠性的作用。
月球除了没有空气可供散热以外,温度环境十分恶劣,昼夜温差极大,太阳光螚照射到的地方温度高达127℃,到了夜间时温度又骤降至-183℃。
因此玉兔号包括计算机系统在内的各个电子设备除了考虑散热以外,还需要考虑到保温,而对于电子设备而言,散热和保温是相互矛盾的。
▼下图为大型空间探测器使用的超大钚-238同位素燃料电池,它的特点是持续供电时间长,但是输出功率很小,而且核反应发电时会发出热量,这一点在夜间可以起到为探测器加热的作用,但是一到白天就产生了令人头疼的散热问题,所以玉兔号需要搭载尽可能小的俄制钚-238同位素燃料电池,包括计算机系统在内的搭载设备也要尽可能降低功率消耗,256MB的“低配”计算机系统正好适用,配置太高功率消耗就会升高,保温和散热问题就很难解决。
玉兔号的计算机系统在满足性能需求的前提下没有必要搞“高配”,配置越高,散热要求就越高,以此同时保温手段也就越复杂,最后势必会造成系统运行可靠性的降低。
举个例子:手机的正常运行温度环境为-20℃~45℃,极限温度分别为低温-55℃和高温90℃,当环境温度低于-55℃或高于90℃时,手机就会保护性关机。
如果强行运行,低温环境中计算机系统的硅质半导体元器件的导通性就会发生改变,无法正常导通和截止;高温环境中硅质半导体元器件会发生击穿现象。
所以在特殊用途中对计算机系统的要求是可靠性>性能,比如说像玉兔号这样的空间探测器、军用计算机系统、工业计算机系统等等,为了提高可靠性,这些特殊用途的计算机系统配置都会非常低,且尽量运行简单的软件程序。
我们用先进的F-22战斗机来例举:在F-35和歼-20问世之前,F-22战斗机是世界上最先进的第四代隐身战斗机,单价采购价格约为1.5亿美元。
然而就是这样的集各种黑科技于一身的战斗机,其机载计算机系统(CIP系统)的配置却十分落后,CPU性能只相当于Intel80486的水平,而内存则只有128MB(升级后达到600MB)。
▼下图为俄制苏-35战斗机的机载计算机,苏-35战斗机属于“三代半”战斗机,是最先进的第三代重型战斗机,然而它的机载计算机内存却只有60G,CPU更是低赫兹单核心,说它比8G+1TB内存的智能手机落后毫不为过,但是它的可靠性确实无与伦比的,特殊用途的计算机永远要求可靠性>性能。
如果仅从配置高低的角度来看,这样的配置水平只相当于现在几百块一部的老年人专用手机,然而就可靠性而言,任何手机都无法与之相比,因为仅环境温度适应性一项就相差甚远。
比如说F-22的机载计算机可以在-55℃~165℃环境中正常运行,在这样的环境里,别说是老年机了,就是一万多块的高性能手机连正常开机都无法做到。
除此之外是性能需求决定了玉兔号不需要高配置的计算机系统,做为月球探测器,它只执行一些简单的指令操作,智能程度是很低的,所以加载不了太大的软件程序。
比如说如果地球控制人员需要玉兔号月球车对某一块月岩进行光谱分析,假设使用光谱仪以及分析展开动作的软件程序为A,那么地球控制人员只需要向“鹊桥”中继通信卫星发送执行A程序的指令。
然后“鹊桥”中继通信卫星再向玉兔号月球车发出指令消息,玉兔号收到指令以后,计算机系统就开始执行该指令相对应的程序,完成光谱仪对月岩目标的分析,然后将结果压缩打包发送给“鹊桥”,最后传到地球控制站解析。
它们的工作原理是这样:上位管理计算机(地球控制站)→通信基站(鹊桥通信中继卫星)→下部实时控制计算机(玉兔号月球车)。
可见月兔号本质上是一个超远程遥控探测装置,计算机系统不需要运行太复杂的程序,125MB的内存已经全满足了使用要求,像这样一个子任务程序文件可能只需要160kb的内存空间。
相比之下我们使用的智能手机运行的各种程序就复杂多了,既要运行基本的通信功能,还要运行办公程序、购物程序、游戏程序、影音程序、拍摄拍照程序、人机对话智能程度等等等等,都需要在一部手机上完成,一个网络游戏的系统程序或许就要占用几个G的内存,没有大一点的内存空间还真玩不转。
▼下图为铝冶金中使用到的工业控制计算机主机箱,应用在铝电解槽智能控制系统中的上位管理计算机,一台这样的计算机能够控制200~300台铝电解槽的下部实时控制计算机运行,而它的内存仅为60G,虽然配置极低,但是性能特别可靠,连续运行10年都不会出现任何问题,这一点是任何家用高配电脑无法相比的,更不是区区手机能相提并论的。
综上所述我们可以得出这样的结论第一、玉兔号月球车内存只有256MB的原因是它使用了“低配”计算机系统,而使用“低配”计算机系统的原因是降低功耗和提高运行可靠性。
第二、大多数特殊用途的计算机系统都采用“低配”,它们涵盖了空间探测器、高性能军用飞机、军事装备、工业计算机控制系统等,这些用途对计算机系统的要求是可靠性>性能。
第三、做为特殊用途的玉兔号计算机系统,它只运行简单的软件程序,较低的内存空间已经能够满足需求,没有必要提高计算机系统的配置。
结语
要说起内存,手机的那几个G的内存比起人工智能机器人来说简直就是小巫见大巫,比如说英国赛博斯坦机器人有限公司出品的“泰坦”机器人,由于人工智能技术应用,它可以跟人类进行近乎于无障碍的沟通,能用16种语言唱歌跳舞,甚至能用中文说学逗唱,而支持它实现如此强大功能的基础就是能够容纳60TB的人工智能程序的内存,如果按照1TB=1000G来计算,假设一部手机的内存为5G,那么一台“泰坦”机器人的内存就相当于1200部手机的内存。
假设把内存为60TB的“泰坦”人工智能机器人送到月球与玉兔号月球车放在一起,会出现什么样的情景呢?相信通过阅读上述的知识点,读者朋友们一定会猜到答案了——报废!高配置对玉兔号这样的空间探测器来说没有意义,得适用才行,256MB内存的“低配”特殊用途计算机刚刚好。
▼下图为参加电视真人秀节目的“泰坦”机器人,它拥有强大的人工智能技术加持,所以能跟评委进行无障碍沟通,各种说学逗唱本领都快赶上郭德纲了,这类人工智能机器人是未来机器人的发展雏形,而强大的人工智能本质上是一堆超大软件程序,由它们来支配各种传感器进行工作,所以必须要使用足够大的内存空间。然而内存再大的机器人送到月球以后甚至无法正常工作,在这一点上无法与内存只有256MB的玉兔相比。
2商业级,工业级,汽车级,航天级,航空级。查一下价格,还有各种特性。最简单,就是看温度范围。
3阿波罗登月飞船只有4k内存
4航天级和军用级的计算机系统与民用计算机系统的最大区别是,前者的硬件和软件追求极致的稳定性。
航天器上的计算机需要适应太空的特殊环境。航天器的计算机将会遭到太空高能粒子对空间计算机造成的损害,这是航天器计算机同其它地面计算机的最大挑战。在地球表面,有磁场和大气层的保护,能够到达地面的高能粒子很少,一般来说对计算机的影响不大。
同时航天计算机的零部件如CPU、内存和接口,需要具备耐高低温、抗辐射、抗静电、抗震动等能力。
民用的高制程技术生产的高性能CPU芯片或者高容量内存芯片,在太空环境甚至军事用途上,都容易产生极高的不稳定性。在稳定是第一位考虑因素的情况下,芯片材料和制造工艺的成本是非常昂贵的,具备抗辐射、耐高温差。甚至为了稳定,还要特意降频处理。
航天器的飞控计算机对芯片的计算能力的要求并不高不像PC或者手机的CPU内存,需要适应多种任务的运算,航天器计算系统往往是针对不同的任务需求或者是不同的使用场合进行单独的定制。这种定制在硬件的配合上,策略是越精简越好,够用就好,与其说是计算机系统,还不如说是控制系统。
这样针对性很强的控制系统,并不需要强大的CPU和高容量内存。而且大容量的内存造成控制的复杂性,也是对稳定性不利的。
5这个大小是最完美的搭配 和其他硬件兼容好 比如发电板大小 发电量多少 功效方面要求高 多了无用 少了不够 会多方面综合考虑
6因为对于航天任务重要的不是多快完成,而是完成分准确性,在太空环境中很容易受到宇宙射线干扰,内存和其它磁性存储中的比特位容易发生翻转,为了解决这个问题需要在硬件上付出一些代价,而在空间有限的情况下只能牺牲容量。
手机的性能好是有条件的,对温度和湿度条件都有要求,这在太空环境显然是达不到的。加上手机的目的是流畅运行多个app,包括前后台,这也不在太空航天器的设计需求里面。
7很高兴为你解惑
根据你所提出的问题,在回答你之前有必要先跟楼主说一下,外太空的环境,太过于复杂【各种辐射,宇宙射线,等等因素】,会导致cou工作不稳定,甚至计算出错,为了规避这一问题,就只能采用频率很低的处理器,而且还是十几二十几纳米工艺,加粗晶体管,以免受到外太空复杂的电磁环境的影响,
并且还会再cpu表面增加一层类似于【防止原子弹的电磁辐射和电磁脉冲的涂层】
第二点就是外太空的环境,面对太阳上百度,夜晚的时候没有地球的遮挡,又会下降到零下几十度,使用32纳米,48纳米,可以增加功耗,增加发热量,同时因为频率很低,发热量不会很大,这样做的好处就是防止cpu过热,防止cpu在低温环境下,停止工作等等。
所以因为cpu为了可靠性稳定性,在性能方面做出让步,也因为cpu性能强,来来回回,就那么点指令,不需要太多内存,而且航天级别的内存,每MB按照万计算的。
同样是为了应对太空环境不可能做到跟我们普通家用pc那个程度,只是DDR2而已,目前家用pc主要是以DDR4内存为主,DDR5也已经开始小批量生产。
8我也玉兔号要在月球上工作,已月球上的科技水平,太大的内存有可能识别不了[呲牙]
9他上去不是去玩游戏的,而且没有可视化操作界面非常节约系统资源,估计就是个linux内核加上必备的运算和通讯工具,做基础的运算足够了
10可能专家会说宇宙辐射、环境恶劣。但据新闻报道,马克斯用的就是普通电脑元器件。