5月31日，經(jīng)歷了重重困難，馬斯克的SpaceX載人飛船成功發(fā)射，這是美國(guó)自2011年以來(lái)首次發(fā)射載人航天飛船，也是美國(guó)進(jìn)入由商業(yè)主導(dǎo)太空探索的歷史性時(shí)刻，更是全人類在載人航空領(lǐng)域邁出的重要一步。

不過(guò)，你肯定不敢相信，在SpaceX成功發(fā)射的背后，馬斯克竟然只用了2.6萬(wàn)人民幣、幾十萬(wàn)行C++和Python代碼就完成了這個(gè)動(dòng)輒上億的項(xiàng)目。

接下來(lái)，一起看看馬斯克如何在SpaceX上做到省錢干大事的~

宇航級(jí)，用不起

在航天圈里，有一種器件如貴族般存在：宇航級(jí)器件。

一個(gè)二極管只要上天驗(yàn)證成功，就可以從一個(gè)工業(yè)級(jí)十八線小明星躍升為宇航級(jí)一線大明星，身價(jià)可以倍增上百倍甚至上萬(wàn)倍！

以現(xiàn)有載人飛船搭載的星載計(jì)算機(jī)和控制器舉例，單個(gè)控制器價(jià)格為500萬(wàn)人民幣左右，一共14個(gè)系統(tǒng)，為了追求高可靠性，每個(gè)系統(tǒng)1+1備份，一共28個(gè)控制器，成本總計(jì)約1.4億人民幣！

而SpaceX的龍飛船主控系統(tǒng)的芯片組，僅用了2.6萬(wàn)人民幣，成本相差5384倍！

Elon Musk到底是如何做到的？

我們看以下幾條重要的知識(shí)點(diǎn)：

• SpaceX 獵鷹九號(hào)和龍飛船用的都是Intel雙核的x86處理器；

• 操作系統(tǒng)用的是Linux，還有LabView和Matlab；

• 軟件工程用的是C++，有些時(shí)候也用Python；

• 整個(gè)主控程序只有幾十萬(wàn)行代碼。

工業(yè)級(jí)器件小屌絲的困境：粒子翻轉(zhuǎn)

航天器所有的器件要經(jīng)歷很苛刻很苛刻的環(huán)境。

首先發(fā)射時(shí)要禁得住劇烈的抖動(dòng)和很高的溫度，才能走出地球。

而真正的煉獄在入軌后才剛剛開(kāi)始，面對(duì)太陽(yáng)面的時(shí)候，溫度迅速提升，最高到120°C；背離太陽(yáng)面的時(shí)候，溫度驟減，最低到-150°C。

就這樣90分鐘一圈又一圈，周而復(fù)始，每圈都是270°C的溫差。

而對(duì)于電子器件來(lái)說(shuō)，溫度不是最難熬的，最難熬的是太空中的輻射：

• 這些輻射有來(lái)自地球的召喚：地球磁場(chǎng)

• 也有來(lái)自太陽(yáng)的問(wèn)候：高能粒子

• 還可能有來(lái)自三體文明的問(wèn)候：其他太陽(yáng)系以外的粒子

而這些粒子，將引發(fā)電子器件的神經(jīng)紊亂，專業(yè)名詞是：粒子翻轉(zhuǎn)。

它將很Surprise地告訴星載計(jì)算機(jī)和星載存儲(chǔ)器：

“下面將是見(jiàn)證奇跡發(fā)生的一刻！”

“我要把1變成0，然后再把0變成1?！?/strong>

有些人問(wèn)了，多大點(diǎn)事啊，不就差個(gè)1嗎？！

但是在比特界，差一位就可差之千里。

舉個(gè)栗子：

如果指令20是向上爬升，指令24是停止推進(jìn)，后果是難以想象的。

所以如果發(fā)生了1和0不分的情況，整個(gè)飛行器的運(yùn)算結(jié)果曾導(dǎo)致非常大的災(zāi)難。

在1996年，阿里安501火箭，雖然沒(méi)有粒子翻轉(zhuǎn)，但是系統(tǒng)試圖將一個(gè)64位的數(shù)字，放到一個(gè)16位的地址里面去，隨即發(fā)生了1/0錯(cuò)亂的現(xiàn)象。

結(jié)果在點(diǎn)火37秒后，火箭開(kāi)始側(cè)翻，隨之爆炸，因?yàn)檫@個(gè)“小”問(wèn)題，那次發(fā)射損失高達(dá)3.7億美金！

回到主題，既然粒子翻轉(zhuǎn)這么恐怖，那SpaceX如何做到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的呢？

很簡(jiǎn)單：民主決策

技術(shù)名詞叫：parity bits

同位位元

既然判斷不了一個(gè)是否翻轉(zhuǎn)，那就多放幾個(gè)一樣的設(shè)備，通過(guò)比較，把不一樣的結(jié)果給踢出去。

攢火箭硬件選擇

上文提到，SpaceX沒(méi)有選擇用貴族宇航級(jí)器件，而是選擇了經(jīng)典廠牌Intel的X86雙核處理器，京東售價(jià)僅478元人民幣（參考價(jià)為奔騰系列，賽揚(yáng)更便宜）：

而SpaceX也沒(méi)有用雙核做一件事，而是把雙核拆成了兩個(gè)單核，分別計(jì)算同樣的數(shù)據(jù)。

每個(gè)系統(tǒng)配置3塊芯片做冗余，也就是6個(gè)核做計(jì)算。

如果其中1個(gè)核的數(shù)據(jù)和其他5個(gè)核不同，那么主控系統(tǒng)會(huì)告訴這個(gè)核重新啟動(dòng)，再把其他5個(gè)核的數(shù)據(jù)拷貝給重啟的核，從而達(dá)到數(shù)據(jù)一直同步。

周而復(fù)始，不讓一個(gè)核掉隊(duì)。

據(jù)SpaceX前火箭總師John Muratore透露，龍飛船一共有18個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)配置了3塊X86芯片，龍飛船一共有54塊。

所以龍飛船主控芯片的總價(jià)約：2.6萬(wàn)人民幣，3600美元！

而獵鷹九號(hào)一共有9個(gè)分立式發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)配置了3塊X86芯片，加上主控系統(tǒng)配置了3塊，獵鷹九號(hào)一共有30塊這樣的芯片。

獵鷹九號(hào)主控芯片的總價(jià)約：1.4萬(wàn)人民幣，2000美元！

我差點(diǎn)砸了手里的X1，是它阻攔了我攢火箭的大計(jì)！

更讓SpaceX開(kāi)心的事情，是Intel X86的程序員一抓一大把啊，而專業(yè)宇航級(jí)器件的程序用的基本都是特定語(yǔ)言，程序員比元器件還難找。

而且硬件工程師壓力也小，X86芯片隨便造，燒壞了？再來(lái)1個(gè)。不不，再買一打！

可是宇航級(jí)器件僅僅是測(cè)試費(fèi)，就都?jí)蛟儋I一車X86芯片的。攢火箭軟件選擇

SpaceX就用的開(kāi)源Linux寫(xiě)的操作系統(tǒng)，而Linux用隨便一臺(tái)電腦就可以編寫(xiě)。

同樣的，SpaceX程序員最愛(ài)的還是C++，用開(kāi)源的GCC或者GDB做火箭的主控程序。

SpaceX還用LabView，一款圖形化編輯語(yǔ)言，對(duì)于火箭程序來(lái)講，它更容易實(shí)現(xiàn)可視化和流程化，更容易做復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。

SpaceX也用Matlab，在仿真和矩陣計(jì)算上，真的很好用。

而且，龍飛船，獵鷹九號(hào)，獵鷹重型，分享著同一款代碼，分享著同一類迭代，分享著同一種喜悅，多么的模塊化，多么的互聯(lián)網(wǎng)…

大數(shù)據(jù)監(jiān)控和測(cè)試

2018年，SpaceX一共發(fā)射21次，一個(gè)公司占全球發(fā)射數(shù)量約20%，而SpaceX的工程師和分析師，手里有大量的測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)，而且他們也被鼓勵(lì)用不同的維度，去檢驗(yàn)飛行器的安全性，形成最新的也最實(shí)用的測(cè)試程序，從而降低實(shí)測(cè)成本。

同時(shí)，Continuous Integration，持續(xù)集成也被應(yīng)用在了程序測(cè)試上。

注：持續(xù)集成

為了配合敏捷開(kāi)發(fā)（相對(duì)于瀑布開(kāi)發(fā)）的速度和效率而產(chǎn)生的一個(gè)用于編譯、測(cè)試、發(fā)布、部署的工具。

通過(guò)這種辦法，可以讓團(tuán)隊(duì)每時(shí)每刻在持續(xù)的基礎(chǔ)上，收到反饋并進(jìn)行改進(jìn)，不必等到開(kāi)發(fā)周期后期才尋找和修復(fù)缺陷。

而且火箭程序不同于其他，會(huì)進(jìn)行“斷弦式”測(cè)試，突然關(guān)閉一臺(tái)電腦，來(lái)看看發(fā)動(dòng)機(jī)到底有什么反應(yīng)。

總結(jié)

航天已經(jīng)經(jīng)歷了60年的歷史，每一次階躍其實(shí)都伴隨著各類器件技術(shù)革新，比如：

• 1950年代的晶體管技術(shù)；

• 1970年代的微控制器技術(shù)；

• 1980年代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；

• 1990年代的高性能存儲(chǔ)技術(shù)。

現(xiàn)在，芯片工藝從28nm，16nm，10nm到7nm，工藝的提升也增加了芯片在太空中的抗輻射性能，讓商業(yè)器件在太空中應(yīng)用可行性大大提升！

伴隨航天成長(zhǎng)的是經(jīng)典的：摩爾定律。

但是摩爾定律到現(xiàn)在在地面?zhèn)榷伎焓Я?，而在航天?cè)還沒(méi)有開(kāi)始。

比如Greg Wyler在2019年1月6號(hào)，Twitter的Oneweb的新型相控陣天線，目標(biāo)定價(jià)15美金。

比如AWS與Lockheed Martin在2018年11月發(fā)布的超小型地面站，可降低地面站80%的成本。

北京九天微星正在研制200mW衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)終端模組，目標(biāo)定價(jià)5美金。

因此，航天缺少的僅僅是大膽的商業(yè)器件驗(yàn)證，缺少的僅僅是采用MVP快速迭代的環(huán)境，而逐年降低的發(fā)射成本正在迅速降低試驗(yàn)成本，因此：

屬于航天的摩爾定律才剛剛開(kāi)始！屬于航天的互聯(lián)網(wǎng)思維才剛剛開(kāi)始！屬于航天的大時(shí)代才剛剛開(kāi)始！