国产化星载计算机技术现状和发展思考

陆士强 梁赫光 刘东洋



国产化星载计算机技术现状和发展思考

陆士强 梁赫光 刘东洋

华东计算技术研究所，上海 201822

在卫星控制系统中，星载计算机处于承上启下的关键位置，向上支撑载荷系统应用的拓展和研发，向下牵引宇航级处理器和配套芯片等的发展。通过对标星上应用需求和国外主流星载计算机的计算能力，汇总分析了国内星载计算机性能提升的主要技术短板，通过对当前国内外研究成果的分析，提出了几种技术解决路径。

星载计算机；载荷控制计算机；星上应用

1 概述

卫星由若干分系统组成，各分系统隶属于有效载荷系统和平台系统。星载计算机是指应用于卫星、空间站、宇宙飞船等在地球大气层外宇宙空间工作的专用嵌入式计算设备。它是航天器、空间设备必不可少的大脑。根据所属分系统不同，星载计算机可分为用于卫星本体运行控制的星务计算机及用于载荷任务控制处理的载荷计算机。载荷计算机主要完成载荷分系统任务控制及专业应用的数据处理和信号处理。

本文讨论的是用于数据处理或载荷应用处理的载荷计算机，并简称为星载计算机。星载计算机需要耐受极端恶劣的温度、振动、各种高能粒子以及宇宙射线辐射等。主流卫星特别是中高轨道卫星基本都要求使用具有抗辐射能力的器件设计星载计算机。抗辐射电子元器件产品工序特殊、验证难度大、周期长，其信息处理能力和抗辐射能力成为制约星载计算机的瓶颈技术。

2 星载计算机现状和发展趋势

2.1 星载计算机现状

星载计算机在有效载荷系统内完成控制和计算任务。随着半导体技术的发展，当前各国主流星载计算机主要搭载PowerPC、SPARC、ARM、MIPS等架构的处理器。

国外星载计算机技术起步早、发展快，处理性能也较高，CPU的普遍性能大于100 MIPS，芯片具有较强的抗辐射能力。国外部分星载计算机性能如表1所示。

表1 国外部分星载计算机性能指标

同国外星载计算机相比，国内星载计算机系统不论从硬件还是体系结构方面都与国外有着较大的差距。主要是核心器件比较落后，影响了整个航天器任务在功能和性能上的进一步提高。