NASA研发AI太空芯片实现航天器自主决策

太空探索的边界，正被一块小小的芯片重新定义。NASA正在研发一款功能强大的新型计算机芯片，目标很明确：大幅提升未来航天器的智能水平和性能表现。这个项目走的是商业合作路线，旨在开发出先进的处理技术，让航天器在远离地球的深空执行任务时，能拥有更强的自主决策能力。

这一切，都隶属于NASA的高性能航天计算项目。说起来，当前的航天任务大多还在依赖一些“老将”——那些经过验证但较为陈旧的处理器。选择它们的原因很简单：皮实耐用，能在极端严酷的太空环境中稳定工作。可靠归可靠，但性能瓶颈也显而易见，越来越难以支撑更复杂、更高级别的任务需求。

NASA的态度很明确：更新、更强大的处理器，是未来太空探索的关键。无论是需要高度自主的航天器，还是要求星上快速分析的科学任务，乃至支持载人登月和火星计划的宇航员系统，都离不开这颗更强大的“心脏”。

“我们是在以往太空处理器经验的基础上进行创新，” NASA兰利研究中心“游戏规则改变者”开发项目的要素经理Eugene Schwanbeck解释道，“这款新型多核系统，在设计之初就瞄准了容错性、灵活性和高性能。可以说，NASA对推进航天计算技术的这份承诺，既是技术上的突破，也体现了开放合作的精神。”

抗辐射处理器接受极限测试

项目的核心，正是这款全新的抗辐射处理器。它的计算能力，据称最高可达当前航天计算机的100倍，同时还得扛住恶劣太空环境的考验。在NASA位于南加州的喷气推进实验室（JPL），工程师们已经展开了一系列堪称“魔鬼”的测试，全方位模拟太空中的各种极端条件。

“我们正在对这些新芯片进行严苛测试，” JPL高性能太空计算项目经理Jim Butler介绍道，“辐射、热学、冲击，一个都不能少。同时，我们还有一套严格的功能测试方案来评估其性能表现。”

要想获得航天应用的“上岗资格”，处理器必须能承受强烈的宇宙射线辐射和剧烈的温度变化——这些因素都足以损坏精密的电子设备。此外，来自太阳和深空的高能粒子还可能引发单粒子翻转等计算机错误，导致航天器被迫进入“安全模式”，暂时关闭非必要系统，等待地面工程师远程排障。

测试甚至模拟了更具挑战性的场景：行星着陆。Butler表示：“为了模拟真实性能，我们采用了来自NASA真实任务的高保真着陆场景。这类场景通常需要功耗极高的硬件来处理海量的着陆传感器数据。能够参与开发支持NASA下一次伟大跨越的硬件，这确实令人激动。”

JPL的测试工作从今年2月开始，预计将持续数月。目前，早期测试结果已经带来了惊喜。根据NASA的介绍，该处理器运行正常，其性能水平大约是当前航天器中使用的抗辐射芯片的500倍。

研发团队还用一种颇具情怀的方式开启了测试：他们发送了一封标题为“你好，宇宙”的邮件。这无疑是在向计算机编程早期那句著名的入门信息致敬。

AI驱动的航天器与深空任务

这款处理器由JPL与位于亚利桑那州钱德勒市的Microchip Technology公司联合研发。通过这种商业合作模式，NASA与产业界紧密携手。目前，样品芯片已经分发给国防和商业航空航天领域的合作伙伴，进行更广泛的评估。

这项技术被寄予厚望，预计将在未来自主航天器的发展中扮演关键角色。想象一下：当航天器飞抵遥远深空，通信延迟长达数小时甚至数天，地面控制变得不切实际。这时，星上的人工智能就能让航天器实时应对突发情况，自主做出决策。此外，该芯片还能帮助深空任务更高效地处理、压缩、存储海量科学数据，并选择最优时机传回地球。

NASA的蓝图显示，这款处理器最终还可能为载人登月和火星任务提供关键计算支持。

小尺寸处理器拥有巨大算力

这款设备被称为片上系统（SoC）。简单来说，就是把计算机的关键组件——中央处理单元、计算卸载模块、先进的网络系统、内存以及输入/输出接口——全部集成在一个紧凑的单元里。

SoC因其紧凑和节能的特性，早已在我们的智能手机和平板电脑中普及。然而，NASA的这个版本截然不同，它是专为深空环境下的长期运行而设计的。这意味着它可能要在距离地球数百万甚至数十亿英里的地方，无人维护、无法维修地稳定工作多年。

一旦该处理器通过所有太空应用认证，NASA计划将其整合到五花八门的任务中：从地球轨道飞行器、行星探测车，到深空探测器和未来的载人栖息舱。

这项尖端技术的溢出效应也不容小觑。Microchip公司就计划将该处理器进行适应性改造，未来应用于航空电子和汽车制造等对可靠性要求极高的行业。

NASA与产业界的合作

整个项目由NASA兰利研究中心的太空技术任务理事会下属的“游戏规则改变者”开发项目进行管理。该项目与由加州理工学院管理的JPL密切合作，全程监督从任务规划、行业研究到最终交付的整个开发链条。

回顾合作起点，NASA JPL于2022年正式选定Microchip作为合作伙伴。值得一提的是，该公司也为处理器的研发工作自行投入了资金，体现了商业航天领域风险共担、利益共享的合作新模式。

Q&A

Q1：NASA研发的新型太空芯片有什么独特之处？

这款芯片是一款高性能抗辐射处理器。其计算能力最高可达当前航天计算机的100倍，早期测试性能更是达到了现有太空抗辐射芯片的500倍左右。它采用高度集成的片上系统设计，将计算核心、网络、内存等关键组件浓缩在一个紧凑节能的单元内，专为应对深空长期、恶劣的无人值守环境而生。

Q2：这款AI太空芯片能让航天器实现哪些功能？

核心是赋予航天器更强的自主性。当通信延迟使实时地面控制变得不可能时，星上AI能让航天器自主应对突发状况。同时，它能极大提升深空任务的数据处理、存储和下行链路效率。未来，它将支持从无人探测器到载人登月、火星任务，乃至各种轨道飞行器和行星车的广泛任务类型。

Q3：NASA这款新芯片由谁负责研发？何时能投入使用？

该处理器由NASA喷气推进实验室与Microchip Technology公司联合研发。NASA于2022年确定此合作伙伴关系。全面的资格测试已于今年2月启动，预计持续数月。目前样品已分发给相关合作伙伴进行评估。待通过所有严格的太空应用认证后，即可投入实际飞行任务。