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什么样的电脑才能经得起火箭发射的狂震、失重和强辐射?

什么样的电脑才能经得起火箭发射的狂震、失重和强辐射?

Jackie Snow 2021年03月13日
当人类向宇宙更深处探索时,这种计算机的快速处理能力将是一项不可或缺的技术。

在接下来的几周内,国际空间站(International Space Station)的宇航员将会启用一台为适应恶劣环境而打造的新款电脑。要说“恶劣”,太空环境首当其冲。

首先,在火箭以每小时25000英里的速度发射时,电脑必须经受住猛烈的摇晃。在到达空间站后,电脑必须能够承受零重力和比地球上高100倍的辐射。

这台名为“太空计算机2号”(Spaceborne Computer-2)的新电脑和数吨其他太空设备一起,于2月20日搭载一艘无人货运飞船发射升空。设备安装好后,宇航员无需做任何事情。在计划的两到三年部署期间,电脑将自动工作,或受到来自地球的控制。

“太空计算机2号”的部署,紧跟着它的上一任——“太空计算机1号”(Spaceborne Computer-1)的退役到来。后者于2017年在空间站成功安装,总计运行了658天,远远超过了计划中预想的365天。

这两款电脑均由慧与公司(Hewlett Packard Enterprise)生产,都是现货商品(非定制商品),专为在恶劣环境下运行而设计。但是,这种恶劣环境通常是指海上石油钻井平台这些地方,因此并不是所有人都坚信这些电脑可以应对更严格的太空环境,以及通往国际空间站的旅程。

慧与公司负责太空计算机项目的首席工程师马克·费尔南德斯说:“很多人曾经都认为,电脑无法经受发射时的震动、撞击和翻滚状况。”

新款电脑只有几个手提行李那么大,却拥有30到40台笔记本电脑的能量。费尔南德斯表示,它的重量大约相当于“一位橄榄球运动员或一只中等大小的熊猫”。

对这款电脑进行的唯一的太空化定制,是让其能够处理太空中不断增加、导致电子设备故障的辐射。费尔南德斯说,他们增加了一种软件,可以监控电脑出现的任何问题,并让团队进行远程修复。

慧与公司的“太空计算机2号”将在国际空间站上使用。图片来源:Courtesy of HPE/Andrew Samplawski Photography ©2020

从“太空计算机1号”中,研发人员得到一个教训:零重力会导致一些意想不到的问题。在太空中,“太空计算机1号”的冷却风扇线与设备内的其他部件发生摩擦,导致磨损,造成发生故障的可能。为了避免出现这种情况,“太空计算机2号”中的电线被固定起来。

“太空计算机2号”的目标之一是改变在太空中收集到的大批量数据的处理方式。国际空间站上的生活依赖于这些数据。在太空计算机项目之前,这些数据通过类似于卫星数据连接的方式发送到地球上进行处理——尽管这比大多数美国家庭的网速都要快。

此前,科学家在国际空间站上进行实验后,必须等待数小时甚至数周才能够得到结果。被认定为更重要的数据(例如与宇航员的沟通)会得到优先处理。

有了“太空计算机2号”,宇航员就有了足以处理飞船上数据的计算能力。这台电脑还预置了一些微软公司(Microsoft)的软件,可以用来分析收集到的数据。

因此,宇航员只需要将实验结果和其他关键信息发回地球,等待时间或将缩短到几分钟。此外,外部研究人员将更容易要求连通空间站的计算机进行实验。已经有十几名研究人员提出了这样的要求。

“我们的计算速度比我们转录数据的速度还要快。”费尔南德斯说。

“太空计算机2号”的一个任务是从微生物中提取DNA序列,并对此展开分析。费尔南德斯说,DNA序列的文件非常庞大,而将它们拆分开来研究,能够让得出结果的时间“从几个月缩短到几分钟”。在未来的某一天,这项快速运行的DNA检验技术可以帮助医生诊断疾病或分析微生物,确定它们会不会对健康构成威胁。

当人类向宇宙更深处探索时,这种快速的处理将是一项不可或缺的技术。比如,要在地球和火星之间传输数据,单程就需要24分钟,如果遇到紧急情况,这样的时间就太长了。因而在飞船上配备一台能够快速处理数据的计算机至关重要,这样就可以更快地做出决策,并让宇航员腾出时间做其他事情。装一台这样的计算机,就是要让许多任务都能够自动完成,并且只有在出现问题时才需要人员的参与,就像慧与公司的团队在研发“太空计算机2号”时所做的那样。

费尔南德斯说:“把现在还需要人工来完成的工作交给计算机,给人们减负,对探索火星的任务将会大有裨益。”美国国家航空航天局(NASA)计划最早在本世纪30年代实现这一目标。

突破现有技术的天花板

通常,要用在国际空间站上的设备需要先在地球上经过多轮开发和测试,确保它们在太空中可以正常工作,这一过程可能要持续数年。接连把两代太空计算机送上国际空间站,而第二代和第一代相比,只是对一些软件做了微调,但没有进行其他测试——这还是第一次。

这或许能够让人们在探索太空时用上更多现有的尖端技术。还可能让国际空间站用上更新、更经济实惠的技术,从而可以更快地完成新的研究。

国际空间站国家实验室(ISS National Lab)的时任首席科学家迈克尔·罗伯茨说:“这是一种全新的方法。这种处理能力至关重要。”

像慧与公司的太空计算机这样的机器也有望成为全球计算机领域的下一个技术前沿。贝尔法斯特女王大学(Queen’s University in Belfast)的副教授布莱森·瓦吉斯表示,到2025年,预计将有近500亿台设备接入了互联网,而这可能会让远在另一端的云数据中心不堪重负。

如果数据在哪里创建,便在附近就近处理,则会有助于确保这些设备运行起来不那么卡顿。在某些可能关乎人命的情况下,例如无人驾驶汽车或机器人——它们运转时离人很近,这项技术就显得尤为必要。

瓦吉斯说:“无人驾驶汽车的系统还做不到将数据发送到云端,再对其进行处理,然后还要做出反应。”

目前,在地球上也已经有这种能够进行现场处理的设备,但这种技术仍然处于起步阶段。让它们在太空中完成相应的任务,作为压力测试,或许可以加快其在地球上投入实际应用的步伐。

瓦吉斯说:“在一些概念性的问题上,太空与地球是一样的。研究团队正在寻找新的测试环境,而太空就是其中之一。”(财富中文网)

编译:陈聪聪、杨二一

在接下来的几周内,国际空间站(International Space Station)的宇航员将会启用一台为适应恶劣环境而打造的新款电脑。要说“恶劣”,太空环境首当其冲。

首先,在火箭以每小时25000英里的速度发射时,电脑必须经受住猛烈的摇晃。在到达空间站后,电脑必须能够承受零重力和比地球上高100倍的辐射。

这台名为“太空计算机2号”(Spaceborne Computer-2)的新电脑和数吨其他太空设备一起,于2月20日搭载一艘无人货运飞船发射升空。设备安装好后,宇航员无需做任何事情。在计划的两到三年部署期间,电脑将自动工作,或受到来自地球的控制。

“太空计算机2号”的部署,紧跟着它的上一任——“太空计算机1号”(Spaceborne Computer-1)的退役到来。后者于2017年在空间站成功安装,总计运行了658天,远远超过了计划中预想的365天。

这两款电脑均由慧与公司(Hewlett Packard Enterprise)生产,都是现货商品(非定制商品),专为在恶劣环境下运行而设计。但是,这种恶劣环境通常是指海上石油钻井平台这些地方,因此并不是所有人都坚信这些电脑可以应对更严格的太空环境,以及通往国际空间站的旅程。

慧与公司负责太空计算机项目的首席工程师马克·费尔南德斯说:“很多人曾经都认为,电脑无法经受发射时的震动、撞击和翻滚状况。”

新款电脑只有几个手提行李那么大,却拥有30到40台笔记本电脑的能量。费尔南德斯表示,它的重量大约相当于“一位橄榄球运动员或一只中等大小的熊猫”。

对这款电脑进行的唯一的太空化定制,是让其能够处理太空中不断增加、导致电子设备故障的辐射。费尔南德斯说,他们增加了一种软件,可以监控电脑出现的任何问题,并让团队进行远程修复。

从“太空计算机1号”中,研发人员得到一个教训:零重力会导致一些意想不到的问题。在太空中,“太空计算机1号”的冷却风扇线与设备内的其他部件发生摩擦,导致磨损,造成发生故障的可能。为了避免出现这种情况,“太空计算机2号”中的电线被固定起来。

“太空计算机2号”的目标之一是改变在太空中收集到的大批量数据的处理方式。国际空间站上的生活依赖于这些数据。在太空计算机项目之前,这些数据通过类似于卫星数据连接的方式发送到地球上进行处理——尽管这比大多数美国家庭的网速都要快。

此前,科学家在国际空间站上进行实验后,必须等待数小时甚至数周才能够得到结果。被认定为更重要的数据(例如与宇航员的沟通)会得到优先处理。

有了“太空计算机2号”,宇航员就有了足以处理飞船上数据的计算能力。这台电脑还预置了一些微软公司(Microsoft)的软件,可以用来分析收集到的数据。

因此,宇航员只需要将实验结果和其他关键信息发回地球,等待时间或将缩短到几分钟。此外,外部研究人员将更容易要求连通空间站的计算机进行实验。已经有十几名研究人员提出了这样的要求。

“我们的计算速度比我们转录数据的速度还要快。”费尔南德斯说。

“太空计算机2号”的一个任务是从微生物中提取DNA序列,并对此展开分析。费尔南德斯说,DNA序列的文件非常庞大,而将它们拆分开来研究,能够让得出结果的时间“从几个月缩短到几分钟”。在未来的某一天,这项快速运行的DNA检验技术可以帮助医生诊断疾病或分析微生物,确定它们会不会对健康构成威胁。

当人类向宇宙更深处探索时,这种快速的处理将是一项不可或缺的技术。比如,要在地球和火星之间传输数据,单程就需要24分钟,如果遇到紧急情况,这样的时间就太长了。因而在飞船上配备一台能够快速处理数据的计算机至关重要,这样就可以更快地做出决策,并让宇航员腾出时间做其他事情。装一台这样的计算机,就是要让许多任务都能够自动完成,并且只有在出现问题时才需要人员的参与,就像慧与公司的团队在研发“太空计算机2号”时所做的那样。

费尔南德斯说:“把现在还需要人工来完成的工作交给计算机,给人们减负,对探索火星的任务将会大有裨益。”美国国家航空航天局(NASA)计划最早在本世纪30年代实现这一目标。

突破现有技术的天花板

通常,要用在国际空间站上的设备需要先在地球上经过多轮开发和测试,确保它们在太空中可以正常工作,这一过程可能要持续数年。接连把两代太空计算机送上国际空间站,而第二代和第一代相比,只是对一些软件做了微调,但没有进行其他测试——这还是第一次。

这或许能够让人们在探索太空时用上更多现有的尖端技术。还可能让国际空间站用上更新、更经济实惠的技术,从而可以更快地完成新的研究。

国际空间站国家实验室(ISS National Lab)的时任首席科学家迈克尔·罗伯茨说:“这是一种全新的方法。这种处理能力至关重要。”

像慧与公司的太空计算机这样的机器也有望成为全球计算机领域的下一个技术前沿。贝尔法斯特女王大学(Queen’s University in Belfast)的副教授布莱森·瓦吉斯表示,到2025年,预计将有近500亿台设备接入了互联网,而这可能会让远在另一端的云数据中心不堪重负。

如果数据在哪里创建,便在附近就近处理,则会有助于确保这些设备运行起来不那么卡顿。在某些可能关乎人命的情况下,例如无人驾驶汽车或机器人——它们运转时离人很近,这项技术就显得尤为必要。

瓦吉斯说:“无人驾驶汽车的系统还做不到将数据发送到云端,再对其进行处理,然后还要做出反应。”

目前,在地球上也已经有这种能够进行现场处理的设备,但这种技术仍然处于起步阶段。让它们在太空中完成相应的任务,作为压力测试,或许可以加快其在地球上投入实际应用的步伐。

瓦吉斯说:“在一些概念性的问题上,太空与地球是一样的。研究团队正在寻找新的测试环境,而太空就是其中之一。”(财富中文网)

编译:陈聪聪、杨二一

In the coming weeks, International Space Station (ISS) astronauts will boot up a new computer built to survive harsh conditions. And space definitely qualifies as harsh.

First, the computer must withstand the violent shaking during launch aboard a rocket blasting off at 25,000 miles per hour. Next, after reaching the space station, it must tolerate zero-gravity and radiation that can be 100 times as high in space as on Earth.

The new machine, Spaceborne Computer-2, launched on Feb. 20 aboard an uncrewed cargo craft with tons of other space equipment. After the device is installed, the astronauts don’t have to do anything. It’s supposed to work autonomously or be controlled from Earth during its planned two- to three-year deployment.

The arrival of the latest computer follows the successful trial run of the Spaceborne Computer-1, which was installed on the space station in 2017 and operated for 658 days, far longer than the sole year for which it had been planned.

Both computers, manufactured by Hewlett Packard Enterprise (HPE), are off-the-shelf and specifically designed to survive in harsh environments. Those environments, however, are usually places like offshore oil rigs, and not everyone was sure they could handle the more intense rigors of space—or even the trip to the ISS.

“There were so many people who didn’t think it would survive the shake, rattle, and roll of launch,” says Mark Fernandez, HPE’s lead engineer for the Spaceborne Computer project.

The latest computer, which is the size of a few carry-on suitcases, has the power of 30 to 40 laptops. It weighs about the same as “one NFL player or about an average-sized panda,” according to Fernandez.

The only customization to the machine was to make it able to handle the increased radiation in space, which can cause electronics to malfunction. Fernandez says they added software that monitors the computer for any problems that pop up and lets his team remotely fix most anything.

One lesson learned from the original machine was that zero gravity can cause unexpected problems. Spaceborne Computer-1’s cooling fan wires rubbed against other components within the device, causing some wear that could eventually have led to failure. So wires in Spaceborne-2 were fastened to avoid any problems.

Among the goals of Spaceborne Computer-2 is to transform how the huge amounts of data collected in space are crunched. Life aboard the ISS depends on that data, which, until the Spaceborne Computer project, was sent to be processed on Earth through the equivalent of a satellite data connection—albeit one that is faster than most U.S. home Internet speeds.

Previously, scientists conducting experiments on the ISS must wait hours or even weeks to get their results. Data that is deemed more critical, like communication with the astronauts, is prioritized.

With Spaceborne Computer-2, astronauts have enough computing power to process data on board. The computer also has some downloaded Microsoft software that can analyze the data collected.

As a result, only experiment results and other key information needs to be sent back to Earth, reducing the wait time to minutes, in some cases. Additionally, outside researchers can more easily request access to the space station’s computer to run their experiments; a dozen researchers have already asked to do so.

“We can compute faster than we can transfer,” Fernandez says.

One project using Spaceborne Computer-2 involves taking DNA sequences from microbes and analyzing them. The DNA sequence files are massive, and crunching them aboard will reduce the wait for results “from months to minutes,” according to Fernandez. Quickly running DNA-based experiments could one day help doctors diagnose illnesses or analyze microbes to determine whether they pose a health threat.

This sort of quick processing will be essential if and when humans explore deeper into space. Data to and from Mars, for example, takes 24 minutes to travel each way, too long for urgent matters. Having a computer aboard a spacecraft that can crunch data will be critical for snap decisions and free up time for astronauts to do other things. The goal is to automate many tasks and only have humans involved if something goes awry, much like how HPE’s team is monitoring Spaceborne Computer-2.

Says Fernandez: “Offloading the things that they manually do now will help the mission to Mars,” which NASA is planning for as early as the 2030s.

A new frontier for off-the-shelf tech

Typically, devices that are to be used on the ISS go through many development and testing cycles on Earth to ensure they’ll work properly in space, a process that can take years. Sending the Spaceborne Computer-1, and then its successor, up with merely a few software tweaks but no additional testing, is a first for the ISS.

It could lead to more off-the-shelf technology being used in space. It could also mean that newer and cheaper technology could be used aboard the ISS, allowing for new types of research that can be completed faster.

“It’s a new approach,” says Michael S. Roberts, the interim chief scientist for the ISS National Lab. “This capability is going to be critical.”

Machines like HPE’s are expected to be the next frontier in computing on Earth, too. Nearly 50 billion Internet-connected devices are expected in 2025, which could overwhelm the far-off cloud data centers they’re linked to, according to Blesson Varghese, an associate professor at Queen’s University in Belfast.

Processing some data closer to where it is created would help ensure that all these devices operate with fewer hiccups. For some uses, in which lives are at stake, as in driverless cars or robots working in close quarters with humans, this technology is considered essential.

“An autonomous car could not afford to send something to the cloud, get it processed, and then react,” Varghese says.

Devices that can do this sort of on-the-spot processing are being introduced on Earth, but the technology is still very much in its infancy. Work done in space to stress-test it could speed up its adoption for terrestrial uses.

“The conceptual problems are the same as [on] Earth,” Varghese says. “The research community is looking for novel applications for testing, and space is one.”

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