不久前，NASA 毅力號(Perseverance)成功在火星表面著陸，接棒好奇者號火星車，繼續(xù)探尋火星生命存在的證據(jù)。

　　對于造價 27 億美元(約合人民幣 175 億元)毅力號來說，它不僅采用了空中吊車著陸技術(shù)，擁有核動力能源，同時還搭載了非常先進(jìn)的儀器。

　　然而令人意外的是，毅力號的核心處理器 RAD750 居然采用的是與 1998 年蘋果 iMac G3 內(nèi)置的處理器的同款架構(gòu)——PowerPC 750。

　　資料顯示，PowerPC 750 的主頻率只有 233MHz，集成 600 萬顆晶體管，性能非常有限。

　　顯然，對于造價 27 億美元的毅力號來說，選擇什么樣的處理器，成本肯定不是考慮重要因素。那為什么不采用性能更為強(qiáng)大的處理器，而選擇 20 多年前的處理器架構(gòu)呢呢?

　　其關(guān)鍵原因在于，火星大氣層的厚度只有地球的百分之一，對于輻射和帶電粒子的阻擋作用遠(yuǎn)不如地球，所以處理器越復(fù)雜，其電子元件出錯的概率就越高。

　　實際上，毅力號與 9 年前的好奇者號火星車用的都是基于 PowerPC 750 架構(gòu)的處理器，但是毅力號所搭載的 RAD750 處理器也與 20 多年前 iMac 所采用的處理器并不一樣。

　　據(jù)悉，該處理器由 BAE Systems 使用 0.25um 或 0.15um 工藝制造的，管芯面積為 130 平方毫米，具有 1040 萬個晶體管、運(yùn)行頻率 200MHz。

　　并且，為了應(yīng)對宇宙輻射、嚴(yán)酷的高低溫等因素的影響，RAD750 經(jīng)過特殊處理。

　　CPU 本身可以承受 200,000 至1,000,000 Rads，溫度范圍為-55℃至 125°C。

　　同時還配套了 2GB 內(nèi)存和 256MB RAM。據(jù)悉，這樣一套計算模塊成本就高達(dá) 20 萬美元(約合人民幣 130 萬元)。

　　報道解釋，毅力號的 PowerPC 750 處理器單價會如此昂貴，并非因為性能超強(qiáng)大，而是必須因應(yīng)未知的太空環(huán)境，因此對處理器進(jìn)行抗輻射、耐寒冷功能等強(qiáng)化。

　　此處理器雖然架構(gòu)依舊，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)化與優(yōu)化，導(dǎo)致價格昂貴，也非量產(chǎn)型處理器。

　　雖然 RAD750 的性能與現(xiàn)代智能手機(jī)或 PC 上的 CPU 相比簡直不值一提，但是相較“勇氣號(Spirit)”和“機(jī)遇號(Opportunity)”上的 RAD6000 處理器，其運(yùn)行頻率提升了 10 倍，閃存容量則提升了 8 倍。

　　除了“毅力號”和“好奇號”火星車以外，RAD750 還應(yīng)用于費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡、月球勘測軌道飛行器、彗星探測船“深度撞擊”號和開普勒望遠(yuǎn)鏡等航天器。

　　而為了應(yīng)對毅力號在火星上可能會出現(xiàn)了處理器故障問題，毅力號上配備了三套計算模塊，一套作為處理器使用、一套進(jìn)行圖像分析、一套備用。

　　毅力號所配備的的關(guān)鍵儀器和設(shè)備：

　　1、Mastcam-Z：這是位于桅桿上的變焦全景相機(jī)，能夠產(chǎn)生高清晰的全景和立體圖像;能夠鑒定火星表面巖石的成分，還能夠輔助火星車行進(jìn)。消耗功率大約 17.4 瓦。

　　2、SuperCam：這是一臺激光超距分析儀，能夠遠(yuǎn)距離利用高清相機(jī)、激光和光譜儀對火星上的巖石和土壤成分進(jìn)行分析。消耗功率大約 17.9 瓦。

　　3、PIXL：這是X射線光譜儀，能夠利用礦物對X射線產(chǎn)生熒光的原理進(jìn)行更加精確的分析。裝配有微距相機(jī)，能夠看清非常細(xì)小的火星沙粒。消耗功率大約 25 瓦。

　　4、SHERLOC：這是紫外光譜儀，能夠利用紫外激光對礦物和有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分析，這將是火星上第一個紫外拉曼光譜儀。這臺儀器上還安裝有一臺高分辨率的彩色相機(jī)。消耗總功率大約 48.8 瓦。

　　5、MOXIE：我們知道，火星大氣中二氧化碳占 95%。這臺儀器將進(jìn)行一項非常重要的實驗，那就是通過化學(xué)反應(yīng)從火星大氣的二氧化碳中制取氧氣。有了氧氣，不但可以供未來登陸火星的宇航員呼吸使用，而且氧還是火箭的推進(jìn)劑。這臺儀器消耗功率約 300 瓦。

　　6、MEDA：相當(dāng)于移動氣象站，能夠?qū)鹦谴髿獾臏囟?、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度以及沙塵的大小和形狀進(jìn)行記錄。消耗功率約 17 瓦。

　　7、RIMFAX：這是雷達(dá)探測儀，這臺儀器是利用雷達(dá)對火星表面之下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，能夠達(dá)到厘米級別的分辨率。消耗功率約 5 瓦至 10 瓦。

　　8、機(jī)智號直升機(jī)：毅力號此次探索火星，還首次攜帶了一架名為“機(jī)智號”(Ingenuity)的小型直升機(jī)，可以對毅力號難以抵達(dá)的一些區(qū)域進(jìn)行勘測。

　　這架直升機(jī)重僅為 1.8 公斤，高 0.5 米，螺旋槳直徑 1.2 米，由兩個反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，功率 350 瓦。

　　雖然火星的表面引力只有地球的三分之一，從這點看有利于飛行器飛行，但是火星的氣壓只有地球氣壓的1%，空氣非常稀薄，因此要求螺旋槳轉(zhuǎn)動更加快速才行。小機(jī)靈直升機(jī)螺旋槳旋轉(zhuǎn)角速度可達(dá) 2400 轉(zhuǎn)每分鐘。水平移動的速度為 10 米每秒，爬升速度為 3 米每秒。

　　這架小直升機(jī)靠頂部的太陽能板進(jìn)行充電，電能儲存在鋰離子電池中。充電一天，大概能夠飛行 90 秒!安裝有一個彩色相機(jī)和一個黑白相機(jī)。

　　這架直升機(jī)無法直接和地球聯(lián)絡(luò)，要通過毅力號進(jìn)行信息接力傳輸，因此，不能飛離毅力號太遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)航程僅 300 米，最遠(yuǎn)通訊距離為 1 公里。

　　其實，本次火星直升機(jī)項目主要是為了進(jìn)行技術(shù)驗證，并沒有賦予太多任務(wù)使命?；鹦侵鄙龣C(jī)比軌道上的人造衛(wèi)星分辨率更高，而且比火星車更加靈活，機(jī)動性更強(qiáng)。一旦飛行成功，將為未來火星探測增加了全新的方式。

　　毅力號的核動力能源

　　毅力號火星車使用的是“放射性同位素?zé)岚l(fā)電機(jī)”(Radioisotope Thermoelectric Generator，縮寫為 RTG)提供電能。其原理是，通過熱電偶裝置把放射性同位素钚-238 衰變產(chǎn)生的熱直接轉(zhuǎn)換為直流電來提供火星車的行駛和各項儀器設(shè)備使用。

　　人造同位素钚-238 的半衰期僅為 88 年，這意味著它的放射性衰減之快可以讓它非常熾熱。钚-238 釋放的是阿爾法射線，很容易被阻擋，這種物質(zhì)不能用于核彈。RTG 沒有活動的部件，所以很可靠，并且放射性材料能夠持續(xù)發(fā)熱很多年。RTG 除了用于為毅力號供電之外，余熱還能為毅力號的各種儀器以及自身供暖。

　　毅力號使用的 RTG 裝置是當(dāng)年好奇號火星車的備用產(chǎn)品，重量約 45 公斤，里面封存有 4.8 公斤的二氧化钚。當(dāng)電力需求低谷的時候，RTG 就給兩塊鋰離子電池充電，以備用電需求增加的時候使用。隨著放射性元素的不斷衰變，輸出功率會越來越低，但毅力號上的 RTG 使用壽命至少可達(dá) 14 年。
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