MIPS在太空:JAXA Hayabusa-2登陆小行星

几天前,我对“新地平线号”的工程团队进行了独家专访。专访备受关注,引领探测器飞至冥王星及更远区域的硬软件系统也由此揭开面纱。

今天,我将探讨另一个重要的太空任务,即隼鸟-2(Hayabusa-2)。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)有一艘探测新命名的162173 Ryugu小行星的宇宙飞船,早在7月,我便撰文叙述了该宇宙飞船上运行的64位MIPS CPU。针对芯片及其设计进行短暂的交流后,我决定对Hayabusa-2的工程团队进行一次全面的采访,以了解更多有关探测器及其太空任务的信息。

我选择发布采访的全过程,而非只是简单地复述他们的故事。我联系了JAXA及Hayabusa-2的项目总监、副教授,祐一津田博士。下述问题的答复也来自津田博士。津田博士在空间和宇宙科学研究所(ISAS)和JAXA的太空飞行系统部工作。

JAXA Hayabusa-2团队的简短问答

• 请提供一些您参与JAXA Hayabusa-2项目的背景信息。

Hayabusa-2成功发射后(2015年4月),我便被任命为Hayabusa-2的项目负责人。但在那之前,从Hayabusa-2最初的开发到成功发射,所有的过程我均有亲身参与。我负责航天器的设计、发展跟踪及其他工程相关的项目。

Hayabusa-2

•能简单总结Hayabusa-2小行星探测器在科学和工程方面预期达到的目标吗?

Hayabusa-2将是继Hayabusa-1之后世界上第二个执行往返小行星任务的探测器,也是世界上第一个探测C类小行星的探测器。

Hayabusa-2任务的主要目的是访问近地小行星1999 JU3,对其进行现场科学实验及收集小行星的土壤样本并返回地球。1999 JU3是近地C类小行星,且被认为含有有机和水合矿物。我们希望这些样品能提供有关类地行星起源和演化的基本信息,以及地球水的起源和生命起源的基本信息。

Hayabusa-2

Hayabusa-2任务还有科学、工程和勘探方面预期的其他目标。第一个科学目标是以不同的尺度观察C类小行星,并研究矿物质、水和有机化合物之间的交互作用。这将揭示小行星的亚表面物质和形成机制。我们计划,让这些物质通过人工钻孔汇到Ryugu的表面。——探测器还将观察陨坑的现实条件和动态生成空间及其再汇聚的过程。

Hayabusa-2

在工程方面,我们预计增强Hayabusa-1样本回归技术的稳固性、可靠性和可操作性。此外,工程团队将通过动能撞击生成人工陨石坑,这是演示此类技术的特殊机会。

最后——勘探——是上述两个目标的结果。现如今,太空探索使用的小型机器人被认为是人类扩大外太空活动最重要的方法之一。Hayabusa-2定位为JAXA执行和扩大此类活动的战略任务。

•原Hayabusa探测器使用的是32位CPU,而Hayabusa-2升级到64位基于MIPS的处理器芯片,即HIREC HR5000。能否解释为何会选择64位CPU用于太空任务吗?您觉得MIPS64架构的优势何在呢?

JAXA的很多任务都使用了基于MIPS64的HR5000处理器,Hayabusa-2只是其中之一。使用此芯片一个很好的动机便是T-Kernel,即基于TRON最新发布版的开源实时操作系统。

MIPS64架构

MIPS64架构支持RTOS,尤其是这个微处理器。航天器制造商NEC针对基于TRONRTOS开发的卫星,建立了卫星自动自主操作库。

•目前,移动芯片的制造通常使用传统的bulk CMOS技术,而用于太空任务的处理器则使用SOI技术。能解释这二者的差别及为何SOI技术更适用于太空旅行么?

SOI的设计初衷本是防止宇宙辐射引起软故障,这比bulk CMOS技术的策略更简单。一个简单的基于此策略的设计当然是太空应用程序保证高可靠性的首选。

•第一个Hayabusa探测任务取得了非凡的成就。您是如何吸取经验,并就此改善Hayabusa-2的硬件和软件设计?

•Hayabusa-2的硬件已使用最新的原件进行了完全升级。但Hayabusa-2比Hayabusa-1重100公斤。50%的附加质量用于增加每个子系统的冗余,剩下的50%则用于提高探测器的科学功能。

Hayabusa-2

就软件而言,Hayabusa-1上没有数据处理系统的异常情况。因此我们尝试让Hayabusa-2保持相同的设计过程,尽管其开发时间只占前者的一半。

Hayabusa-1的经验证明,缩短开发时间的同时又保持相同的可靠性控制过程,这是非常有价值的。

•新波音787 梦幻客机应用了大约700万行关键任务代码。能大致描述一下Hayabusa-2代码的复杂性吗?MIPS CPU在太空中需要处理的性能和功率需求是什么?

Hayabusa-1和Hayabusa-2关键任务代码的长度大约有一百万行。为将内存需求降至最低,完善代码大小,研发团队付出了艰辛的努力。多亏使用MIPS架构,我们得以保持Hayabusa-2微处理器的功耗与Hayabusa-1一样,但Hayabusa-2的性能更强大。

•当前,贵团队正在给Hayabusa-2访问的(162173) 1999 JU3小行星命名。目前为止是否有收到比较有趣的建议?

我们收到了许多有趣的建议。我不能给你具体的案例,但我们筛选了一个于我们团队乃至全世界人民来说都非常令人激动的名字(点击此处了解更多名字背后的意义)。

•最后,想请问是否会有Hayabusa-3任务的计划?还有其他基于MIPS驱动的探测器在运行吗?

我们计划在2020年上半年探索月球、火星和木星。由于JAXA采用基于MIPS的处理器芯片作为默认的微处理器,我们将来的任务也将围绕MIPS驱动的探测器来展开设计。

原文链接:
http://blog.imgtec.com/mips-processors/mips-in-space-inside-jaxa-hayabus...

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