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什么樣的電腦才能經得起火箭發射的狂震、失重和強輻射?

什么樣的電腦才能經得起火箭發射的狂震、失重和強輻射?

Jackie Snow 2021年03月13日
當人類向宇宙更深處探索時,這種計算機的快速處理能力將是一項不可或缺的技術。

在接下來的幾周內,國際空間站(International Space Station)的宇航員將會啟用一臺為適應惡劣環境而打造的新款電腦。要說“惡劣”,太空環境首當其沖。

首先,在火箭以每小時25000英里的速度發射時,電腦必須經受住猛烈的搖晃。在到達空間站后,電腦必須能夠承受零重力和比地球上高100倍的輻射。

這臺名為“太空計算機2號”(Spaceborne Computer-2)的新電腦和數噸其他太空設備一起,于2月20日搭載一艘無人貨運飛船發射升空。設備安裝好后,宇航員無需做任何事情。在計劃的兩到三年部署期間,電腦將自動工作,或受到來自地球的控制。

“太空計算機2號”的部署,緊跟著它的上一任——“太空計算機1號”(Spaceborne Computer-1)的退役到來。后者于2017年在空間站成功安裝,總計運行了658天,遠遠超過了計劃中預想的365天。

這兩款電腦均由慧與公司(Hewlett Packard Enterprise)生產,都是現貨商品(非定制商品),專為在惡劣環境下運行而設計。但是,這種惡劣環境通常是指海上石油鉆井平臺這些地方,因此并不是所有人都堅信這些電腦可以應對更嚴格的太空環境,以及通往國際空間站的旅程。

慧與公司負責太空計算機項目的首席工程師馬克·費爾南德斯說:“很多人曾經都認為,電腦無法經受發射時的震動、撞擊和翻滾狀況?!?/p>

新款電腦只有幾個手提行李那么大,卻擁有30到40臺筆記本電腦的能量。費爾南德斯表示,它的重量大約相當于“一位橄欖球運動員或一只中等大小的熊貓”。

對這款電腦進行的唯一的太空化定制,是讓其能夠處理太空中不斷增加、導致電子設備故障的輻射。費爾南德斯說,他們增加了一種軟件,可以監控電腦出現的任何問題,并讓團隊進行遠程修復。

慧與公司的“太空計算機2號”將在國際空間站上使用。圖片來源:Courtesy of HPE/Andrew Samplawski Photography ?2020

從“太空計算機1號”中,研發人員得到一個教訓:零重力會導致一些意想不到的問題。在太空中,“太空計算機1號”的冷卻風扇線與設備內的其他部件發生摩擦,導致磨損,造成發生故障的可能。為了避免出現這種情況,“太空計算機2號”中的電線被固定起來。

“太空計算機2號”的目標之一是改變在太空中收集到的大批量數據的處理方式。國際空間站上的生活依賴于這些數據。在太空計算機項目之前,這些數據通過類似于衛星數據連接的方式發送到地球上進行處理——盡管這比大多數美國家庭的網速都要快。

此前,科學家在國際空間站上進行實驗后,必須等待數小時甚至數周才能夠得到結果。被認定為更重要的數據(例如與宇航員的溝通)會得到優先處理。

有了“太空計算機2號”,宇航員就有了足以處理飛船上數據的計算能力。這臺電腦還預置了一些微軟公司(Microsoft)的軟件,可以用來分析收集到的數據。

因此,宇航員只需要將實驗結果和其他關鍵信息發回地球,等待時間或將縮短到幾分鐘。此外,外部研究人員將更容易要求連通空間站的計算機進行實驗。已經有十幾名研究人員提出了這樣的要求。

“我們的計算速度比我們轉錄數據的速度還要快?!辟M爾南德斯說。

“太空計算機2號”的一個任務是從微生物中提取DNA序列,并對此展開分析。費爾南德斯說,DNA序列的文件非常龐大,而將它們拆分開來研究,能夠讓得出結果的時間“從幾個月縮短到幾分鐘”。在未來的某一天,這項快速運行的DNA檢驗技術可以幫助醫生診斷疾病或分析微生物,確定它們會不會對健康構成威脅。

當人類向宇宙更深處探索時,這種快速的處理將是一項不可或缺的技術。比如,要在地球和火星之間傳輸數據,單程就需要24分鐘,如果遇到緊急情況,這樣的時間就太長了。因而在飛船上配備一臺能夠快速處理數據的計算機至關重要,這樣就可以更快地做出決策,并讓宇航員騰出時間做其他事情。裝一臺這樣的計算機,就是要讓許多任務都能夠自動完成,并且只有在出現問題時才需要人員的參與,就像慧與公司的團隊在研發“太空計算機2號”時所做的那樣。

費爾南德斯說:“把現在還需要人工來完成的工作交給計算機,給人們減負,對探索火星的任務將會大有裨益?!泵绹鴩液娇蘸教炀郑∟ASA)計劃最早在本世紀30年代實現這一目標。

突破現有技術的天花板

通常,要用在國際空間站上的設備需要先在地球上經過多輪開發和測試,確保它們在太空中可以正常工作,這一過程可能要持續數年。接連把兩代太空計算機送上國際空間站,而第二代和第一代相比,只是對一些軟件做了微調,但沒有進行其他測試——這還是第一次。

這或許能夠讓人們在探索太空時用上更多現有的尖端技術。還可能讓國際空間站用上更新、更經濟實惠的技術,從而可以更快地完成新的研究。

國際空間站國家實驗室(ISS National Lab)的時任首席科學家邁克爾·羅伯茨說:“這是一種全新的方法。這種處理能力至關重要?!?/font>

像慧與公司的太空計算機這樣的機器也有望成為全球計算機領域的下一個技術前沿。貝爾法斯特女王大學(Queen’s University in Belfast)的副教授布萊森·瓦吉斯表示,到2025年,預計將有近500億臺設備接入了互聯網,而這可能會讓遠在另一端的云數據中心不堪重負。

如果數據在哪里創建,便在附近就近處理,則會有助于確保這些設備運行起來不那么卡頓。在某些可能關乎人命的情況下,例如無人駕駛汽車或機器人——它們運轉時離人很近,這項技術就顯得尤為必要。

瓦吉斯說:“無人駕駛汽車的系統還做不到將數據發送到云端,再對其進行處理,然后還要做出反應?!?/font>

目前,在地球上也已經有這種能夠進行現場處理的設備,但這種技術仍然處于起步階段。讓它們在太空中完成相應的任務,作為壓力測試,或許可以加快其在地球上投入實際應用的步伐。

瓦吉斯說:“在一些概念性的問題上,太空與地球是一樣的。研究團隊正在尋找新的測試環境,而太空就是其中之一?!?font color="black">(財富中文網)

編譯:陳聰聰、楊二一

在接下來的幾周內,國際空間站(International Space Station)的宇航員將會啟用一臺為適應惡劣環境而打造的新款電腦。要說“惡劣”,太空環境首當其沖。

首先,在火箭以每小時25000英里的速度發射時,電腦必須經受住猛烈的搖晃。在到達空間站后,電腦必須能夠承受零重力和比地球上高100倍的輻射。

這臺名為“太空計算機2號”(Spaceborne Computer-2)的新電腦和數噸其他太空設備一起,于2月20日搭載一艘無人貨運飛船發射升空。設備安裝好后,宇航員無需做任何事情。在計劃的兩到三年部署期間,電腦將自動工作,或受到來自地球的控制。

“太空計算機2號”的部署,緊跟著它的上一任——“太空計算機1號”(Spaceborne Computer-1)的退役到來。后者于2017年在空間站成功安裝,總計運行了658天,遠遠超過了計劃中預想的365天。

這兩款電腦均由慧與公司(Hewlett Packard Enterprise)生產,都是現貨商品(非定制商品),專為在惡劣環境下運行而設計。但是,這種惡劣環境通常是指海上石油鉆井平臺這些地方,因此并不是所有人都堅信這些電腦可以應對更嚴格的太空環境,以及通往國際空間站的旅程。

慧與公司負責太空計算機項目的首席工程師馬克·費爾南德斯說:“很多人曾經都認為,電腦無法經受發射時的震動、撞擊和翻滾狀況?!?/p>

新款電腦只有幾個手提行李那么大,卻擁有30到40臺筆記本電腦的能量。費爾南德斯表示,它的重量大約相當于“一位橄欖球運動員或一只中等大小的熊貓”。

對這款電腦進行的唯一的太空化定制,是讓其能夠處理太空中不斷增加、導致電子設備故障的輻射。費爾南德斯說,他們增加了一種軟件,可以監控電腦出現的任何問題,并讓團隊進行遠程修復。

從“太空計算機1號”中,研發人員得到一個教訓:零重力會導致一些意想不到的問題。在太空中,“太空計算機1號”的冷卻風扇線與設備內的其他部件發生摩擦,導致磨損,造成發生故障的可能。為了避免出現這種情況,“太空計算機2號”中的電線被固定起來。

“太空計算機2號”的目標之一是改變在太空中收集到的大批量數據的處理方式。國際空間站上的生活依賴于這些數據。在太空計算機項目之前,這些數據通過類似于衛星數據連接的方式發送到地球上進行處理——盡管這比大多數美國家庭的網速都要快。

此前,科學家在國際空間站上進行實驗后,必須等待數小時甚至數周才能夠得到結果。被認定為更重要的數據(例如與宇航員的溝通)會得到優先處理。

有了“太空計算機2號”,宇航員就有了足以處理飛船上數據的計算能力。這臺電腦還預置了一些微軟公司(Microsoft)的軟件,可以用來分析收集到的數據。

因此,宇航員只需要將實驗結果和其他關鍵信息發回地球,等待時間或將縮短到幾分鐘。此外,外部研究人員將更容易要求連通空間站的計算機進行實驗。已經有十幾名研究人員提出了這樣的要求。

“我們的計算速度比我們轉錄數據的速度還要快?!辟M爾南德斯說。

“太空計算機2號”的一個任務是從微生物中提取DNA序列,并對此展開分析。費爾南德斯說,DNA序列的文件非常龐大,而將它們拆分開來研究,能夠讓得出結果的時間“從幾個月縮短到幾分鐘”。在未來的某一天,這項快速運行的DNA檢驗技術可以幫助醫生診斷疾病或分析微生物,確定它們會不會對健康構成威脅。

當人類向宇宙更深處探索時,這種快速的處理將是一項不可或缺的技術。比如,要在地球和火星之間傳輸數據,單程就需要24分鐘,如果遇到緊急情況,這樣的時間就太長了。因而在飛船上配備一臺能夠快速處理數據的計算機至關重要,這樣就可以更快地做出決策,并讓宇航員騰出時間做其他事情。裝一臺這樣的計算機,就是要讓許多任務都能夠自動完成,并且只有在出現問題時才需要人員的參與,就像慧與公司的團隊在研發“太空計算機2號”時所做的那樣。

費爾南德斯說:“把現在還需要人工來完成的工作交給計算機,給人們減負,對探索火星的任務將會大有裨益?!泵绹鴩液娇蘸教炀郑∟ASA)計劃最早在本世紀30年代實現這一目標。

突破現有技術的天花板

通常,要用在國際空間站上的設備需要先在地球上經過多輪開發和測試,確保它們在太空中可以正常工作,這一過程可能要持續數年。接連把兩代太空計算機送上國際空間站,而第二代和第一代相比,只是對一些軟件做了微調,但沒有進行其他測試——這還是第一次。

這或許能夠讓人們在探索太空時用上更多現有的尖端技術。還可能讓國際空間站用上更新、更經濟實惠的技術,從而可以更快地完成新的研究。

國際空間站國家實驗室(ISS National Lab)的時任首席科學家邁克爾·羅伯茨說:“這是一種全新的方法。這種處理能力至關重要?!?/font>

像慧與公司的太空計算機這樣的機器也有望成為全球計算機領域的下一個技術前沿。貝爾法斯特女王大學(Queen’s University in Belfast)的副教授布萊森·瓦吉斯表示,到2025年,預計將有近500億臺設備接入了互聯網,而這可能會讓遠在另一端的云數據中心不堪重負。

如果數據在哪里創建,便在附近就近處理,則會有助于確保這些設備運行起來不那么卡頓。在某些可能關乎人命的情況下,例如無人駕駛汽車或機器人——它們運轉時離人很近,這項技術就顯得尤為必要。

瓦吉斯說:“無人駕駛汽車的系統還做不到將數據發送到云端,再對其進行處理,然后還要做出反應?!?/font>

目前,在地球上也已經有這種能夠進行現場處理的設備,但這種技術仍然處于起步階段。讓它們在太空中完成相應的任務,作為壓力測試,或許可以加快其在地球上投入實際應用的步伐。

瓦吉斯說:“在一些概念性的問題上,太空與地球是一樣的。研究團隊正在尋找新的測試環境,而太空就是其中之一?!?font color="black">(財富中文網)

編譯:陳聰聰、楊二一

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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