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HPE 和 NASA 把超算电脑送到国际空间站,为载人火星探测做准备

雷锋网消息:下周一,SpaceX 将发射火箭为国际空间站运送补给,一台 HPE (惠普企业)的超算电脑会一起被送上去。

这是一台普通的超算电脑,基于 Linux,有钱就能买到的那种。但正因为其“普通”,这件事的性质变得非常特殊:

正常情况下,国际空间站上使用的 HPC (高性能计算机)需要在不同方面进行强化,花费相当大的时间精力对它们进行硬件改装。也正由于对各项物理特性的需求,不得不在性能上做妥协,导致宇航员在国际空间站上使用的计算设备,比地球上的要落后好几代。如果这还不够糟,它带来了更棘手的问题:

许多对计算性能需求较高的任务,不得不从空间站将数据发射回地面进行处理,再将结果返回到空间站。

这就会造成延迟。

目前,延迟问题还不严重,因为国际空间站离地面足够近。但离地球距离越远,通讯延迟越严重。这是对太空宇航任务一项很大的限制,尤其对于火星探测。

HPE 和 NASA 的研究项目

因此,HPE 和 NASA 联合开展了这项研究:把一台未经任何改装的超算电脑送到空间站,进行为期一年的测试,看看到底哪些超算电脑的硬件在外太空环境下工作会出问题、出什么问题,哪些并不会。

这项研究的主角名为 “Spaceborne Computer”,即“诞生于太空的电脑”。

以现在的科技水平而言,来回一趟火星起码需要一年。因而,让超算电脑在外太空环境下持续运行一年,是实现火星探测的第一步。若能让最先进的 HPC 在外太空环境可靠运行,将来执行火星任务的科研工作者就能在本地处理任务,不需要把数据传到地球进行计算再传回火星。

后者的代价极高。

无论对于国际空间站、还是未来火星着陆飞船上的科研人员,时间都是一项极度宝贵的资源。

雷锋网

NASA 终于研发出能在金星表面上运行的电脑

要在金星表面上放一台电脑?做到耐酸雨腐蚀很容易,但是能承受500°C的超高温和约为地球大气压90倍的超高压却是一件难事。

上图为人类掌握的少有的金星图像之一,由一个金星探测器拍摄下来。这张图片是从原来的低分辨率摄像机镜头画面经过大量后期处理得来的。

金星是太阳系中最不适宜居住的地方之一。 当着陆器下降时,穿过沸腾着的硫酸雨形成的云雾实际上是件容易的事。真正的难点是着陆器登陆后,不会被金星表面470°C的高温烤坏或是被约为地球大气压90倍的超高压压碎,要知道这里的大气压强等同于你在水下900米游泳时受到的压强。

对于人造探测器,在金星上的最长生存时间是127分钟,这项纪录是1981年前苏联航天器Venera 13号创造的。 坚持了两个小时没有损毁,并回传给我们第一张关于这个星球表面状况的彩色照片,被认为是一个巨大的成功。当时这个探测器的预计使用寿命是在被金星表面的恶劣环境烤坏、压碎或是酸雨腐蚀分解前,能够存活32分钟。 随后又升空了三个金星探测器,均由前苏联发射,分别是Venera 14号,Vega 1号,Vega 2号。但自1985年以后,我们就没有试图让任何航天器在金星表面上着陆。

探索金星的核心问题之一是,普通的数字计算机无法在那里长时间的正常工作。 标准的硅基芯片可以承受大约250°C高温,但最终系统中积聚了过多的能量,硅材料性质发生变化,不再是半导体材料,其中的电子可以自由越过带隙,这时一切都停止工作了。Venera着陆器采用繁琐笨重的密封仓室来保持芯片的电子处于冷却状态,在脱离母轨道进入大气层之前,有时内部先被预冷却到大约-10°C左右。

在过去几年中,基于半导体碳化硅(SiC)材料的电子学已经开始成熟。 SiC从军事和重工业中吸引了很多人的兴趣,因为它可以支持非常高的电压和温度,这些性能也使其成为研制金星计算机非常合适的参考材料。

在NASA Glenn炽热(400C +)的碳化硅环形振荡器

现在,NASA的Glenn研究中心的研究人员已经破解了限制高温集成电路的另一个大问题:他们已经制造出了将晶体管和其他集成组件连接在一起的微小导线,这种导线也可以在金星的极端条件下正常工作。

NASA Glenn研究人员将新型导线与一些SiC晶体管相结合,制作了一个陶瓷封装芯片。 然后将该芯片放入GEER-the Glenn Extreme Environments Rig中,该机器可以一次性保持类似金星的温度和压力运作数百小时。 该芯片是一个简单的3级振荡器,在GEER不得不关闭之前,该芯片在稳定的1.26MHz工况下运行521小时(21.7天)。

NASA Glenn发言人说,这是第一个已知的计算机芯片在没有压力容器,冷却系统或其他保护措施的帮助下,在类金星状况下运行多天/周的示范。 “随着进一步的技术成熟,这样的SiC集成电路可以大大提高金星着陆器设计和计算性能,从根本上实现长期在金星的表面从事高性能计算任务。”研究人员总结。

向金星发送着陆器不只需要耐高温的电子元器件。 在研究这个故事的时候,我偶然发现了一个很棒的网站,记录了从1961年到1985年前苏联对金星的探索。事实证明,制造能在470℃和9MPa条件下继续工作的工具是相当困难的。 请查看Venera 13号和14号着陆器上钻孔设备的描述:

“能够在固体火成岩中钻3厘米,如果需要,钻头需要发明新合金和新型电动机。 机器部件设计为仅在热膨胀到500℃之后才适合和正常工作。 伸缩钻头下降到钻孔表面用时两分钟。 烟火装料系统无需一系列的密封,允许金星的高压气体涌入装配管道中。 土壤分阶段进入土壤转移管和样品容器中。 样品容器被烟火装料系统通过气锁控制,最终进入x射线荧光室。 然后大型真空储存器将室压力降低至约0.06个大气压。”

金星着陆器的机械设计方面今天仍然很困难,但是由于材料科学,石油钻探和其他高温工业的进步,这应该在我们的能力范围内。不过好消息是大概在2023年,NASA Glenn将设计完成一辆更加复杂、困难的拥有更多运动组件的金星登陆车。

Via arstechnica

雷锋网

SpaceX 又和 NASA 合作了!2021 年首探全球地表水资源

据国外网站 The Verge 报道,Elon Musk 的 SpaceX 最近又赢得了 NASA 的一份新合同。

在未来五年内,SpaceX 将为 NASA 发射观测地球海洋水域的卫星,该卫星主要被用来探测地表水和海洋地形随时间的变化情况,这也是首次对地表水进行的全球性调查。据了解,此次任务将由 SpaceX 的“猎鹰 9 号(Falcon 9)”火箭完成,预计发射时间大约在 2021 年 4 月,发射地点将在加利福尼亚的空军基地 ( Vandenberg Air Force Base )。

“ SpaceX :我们很开心成为国家航空航天局的合作伙伴。”

这项合作意味着 SpaceX 将为 NASA 执行又一重要的科学任务。事实上,早在今年一月,SpaceX 就曾为NASA 发射了“ JASON-3 ”海洋观测卫星,然而 SpaceX 在发射过程中未能成功回收火箭,在将“JASON-3 ”送入预定轨道之后,火箭返回海上平台时着陆失败。

SpaceX 总裁 Gwynne Shotwell 发布声明称,“我们很高兴能够为 NASA、整个美国以及国际社会进行此次科学实验,感谢 NASA 的支持和信任。”

NASA 表示,发射这颗科学卫星的总成本大约为 1.12 亿美元,这一数字的确有点高。要知道猎鹰 9 号的发射起步价也才 6200 万美元。不过,NASA 方面透露这 1.12 亿美元并不仅仅包含发射猎鹰 9 号火箭的成本,而是发射海洋观测卫星的总成本,其中一部分会直接交给 SpaceX,剩余资金将付给提供卫星发射额外支持的相关机构。除此之外,SpaceX 还将在明年为 NASA 发射一颗凌日行星勘测卫星 TESS ,旨在发现太阳系之外的小行星。

自今年九月份“猎鹰 9 号”火箭在佛罗里达的发射基地发射失败之后,SpaceX 的火箭发射任务就暂时停止了。在经过了几个月的调查之后,Elon Musk 终于表示 SpaceX 找到了发射失败的原因——液氦控制不到位以致氧气在关键部位变成了固体,最终导致爆炸。马斯克透露将会在今年年底进行一次火箭发射返程任务,不过具体日期还未公布。

Via The Verge

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