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实践十号卫星终于有了“中国大脑”,美国的技术封锁从此狗带!

4月6日,我国首颗微重力科学实验卫星实践十号返回式科学实验卫星由长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心准时发射升空,卫星进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。在顺利完成12天太空飞行后,其回收舱于18日16时30分准确降落在内蒙古四子王旗预定着陆区域,回收任务顺利完成。

实践十号科学实验卫星

实践十号卫星于2012年12月31日正式立项,是空间科学先导专项首批科学实验卫星中唯一的返回式卫星,也是我国第一颗微重力科学实验卫星,主要科学目标是利用太空中微重力等特殊环境,开展涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术六大领域的19项科学实验。卫星总设计寿命15天,将利用我国成熟的返回式卫星技术按预定程序返回地球。

实践十号不仅是我国第一颗微重力科学实验卫星,还有着同样与众不同的“大脑”——龙芯抗辐照芯片——实践十号卫星载荷管理器和载荷电控箱的计算机单元,全部使用的是国产的龙芯计算机,为卫星舱内部有效载荷的正常工作提供支持保障。

其实,这并非龙芯首次应用于人造卫星,早在2015年发射的IGSO轨道的第17颗导航卫星,2016年发射的MEO轨道的第21颗导航卫星上,龙芯就得到应用。


实践十号发射

龙芯在北斗导航卫星上的应用

早在2009年,抗辐射加固龙芯SOC——RH-GS1-SOC就已问世,在经过数年时间的检测和验证后,龙芯1E和1F应运而生。龙芯1E和1F采用了龙芯自主研发的微结构GS232(LS232),能有效应当负责的宇宙环境,对于卫星长寿命、高可靠稳定运行起到至关重要的作用。

2015年3月,IGSO轨道的第17颗北斗导航卫星首次采用了龙芯1E和龙芯1F。据该卫星总设计师林宝军介绍,“这颗由中科院负责研制的新一代导航卫星大量使用国产化器部件,首次使用中国制造的龙芯处理器,部件的国产化率达到95%”。

中科院国家空间科学中心研究员、中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室副主任安军社在接受《中国科学报》记者采访时表示,“新一代北斗卫星上有3个被称为单机的黑盒子,每个约有4本400页的32开图书摞起来那么大。其中两个黑盒子里,每个装了2片龙芯1E芯片和4片龙芯1F芯片。这两个黑盒子的主要任务是用于完成星间链路的数据处理,即支持北斗各颗卫星之间的通讯数据处理任务——龙芯1E负责进行常规运算,龙芯1F完成数据采集、开关控制、通讯等处理功能……目前,与我们在国际上能买来的芯片相比,龙芯1E和龙芯1F的性能还是要更好一些,处理能力和可靠性也与国际上能买到的持平。”

也许有人会说,GS232性能相当于ARM 11,还不如现在手机上用的芯片,性能会不会太弱了?

由于宇航级芯片最核心的属性是稳定性、可靠性和抗辐照技术,相对于性能来说,只要CPU满足够用就行。GS232是龙芯于十年前研发的,在十多年的使用中经受了时间的考验,性能非常稳定;因为是龙芯自主设计,安全可控自然不在话下;至于抗辐照技术么,在北斗卫星服役的龙芯1E和1F已经用实践证明了这方面的能力。


实践十号地面调试

国产抗辐照CPU

目前,国内抗辐射芯片供应商既有深圳国微等上市公司,也有772所、龙芯中科等体制内单位。在技术路线上既有正向设计,也有反向设计——不少设计单位/公司选择仿制国外GSVC1750、RAD6000、PowerPC等成熟产品,比如804所的SM1750、SM1753、SM1754等产品就是国外GSVC1750的仿制品。而走自主设计路线、最具代表性的单位除龙芯之外,还有772所。

772所是中国航天基础电子技术研究院的几个主要院所之一。中国航天基础电子技术研究院隶属中国航天科技集团,是在中国航天时代电子公司的基础上组建而成的航天电子专业大型科研生产联合体。

BM3803MGRH是基于SPARC指令设计的抗辐射32位RISC嵌入式处理器,芯片内部包括高性能整数处理单元、浮点处理单元、独立的指令和数据Cache、硬件乘法器和除法器、中断控制器、带有跟踪缓冲器的硬件调试单元、24位定时器、通用I/O接口、看门狗、支持8/16/32位PROM、SRAM、SDRAM和I/O映射空间访问,具有软件可以控制的省电工作模式,具有可实现PCI主机桥(Host bridge)和从属桥(Guest bridge)功能的PCI控制器。

该芯片能够满足空间恶劣环境应用的抗辐射、长寿命、高可靠指标要求,只需加上存储器和应用相关的外围电路,就可以构成完整的嵌入式单板计算机系统。另外,772所除了具有BM3803MGRH芯片外,还有数据总线电路、转换器、存储器等产品——北斗导航卫星和“远征一号”有40款产品都是源自772所。

这些国产CPU不仅为我国卫星导航和科学实验卫星实现自主可控夯实了基础,还成为中国对付国外技术封锁和抵御外商讹诈的利器。

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