【要闻】揭秘中国航天器计算机国产操作系统 未来或民用

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说到微软的windows，我相信苹果的mac os和谷歌的android大家都不知道。 这些都是操作系统，即管理计算机各种资源的软件，是计算机可以运行的灵魂，美国宇宙飞船使用vxworks操作系统。 但是，一听说我国航天器的计算机使用的是什么样的操作系统，可能就不太知道了。
实际上，中国航天科技集团企业五院从2001年开始开发了星载计算机特有的操作系统——spaceos，2006年首次成功。 这次嫦娥三号的月球探测任务控制计算机采用了经过升级和改进的第二代星载计算机操作系统spaceos2。 该系统首次应用，引起了很多关注。

中国的航天需要自己的操作系统。

类似于一般家庭OS的设计原理，但“天”OS应对恶劣空环境，因此对安全性、可靠性等要求很多。

地面上采用的计算机可以冻结重新启动，坏了也可以更换，但飞机的计算机启动后通常不会关机或重新启动。 轨道运行时间长的卫星的寿命可以达到十几年。 也就是说，计算机程序必须同步运行十几年才成问题。

更重要的是，航天之类的事情对关系到国家安全的重要行业来说，“拿来主义”是很危险的。 要开发自己的操作系统，相关的核心技术在海外被严格封锁，想借用也是不可能的。

在部署星载计算机操作系统之前，中国卫星一般使用程序控制的方法完成指令。 这样的“傻瓜”驾驶模式非常简单，但非常机械，要求技术人员设计卫星在地面上进行的所有动作，按照时间顺序编写程序。 从形象上来说，如果把卫星的任务设定为“吃饭——喝水——睡觉”，卫星到了天上以后只能按照这个顺序工作，不能喝水后吃饭。

卫星的运行轨道相对封闭明确，因此程序控制在机械上很繁琐，但可以满足任务要求。 但是随着我国轨道任务越来越多和复杂对计算机软件管理提出了越来越高的要求。

中国独自的星载电脑操作系统的开发是必不可少的。 不要参考，从零开始慢慢摸索。 自主创新成为摆在研发团队面前的唯一途径。

两代spaceos的华丽蜕变

2006年，spaceos1成功地在轨道上运行。 那时的操作系统功能简单，只实现了多种资源的管理和任务调度，但没有任务间的通信和动态存储器管理等更多复杂的功能。

三年后，嫦娥三号立案，巡视器不得不实现月球行走。 与卫星轨道相比，月球在开放的空之间，环境差，不明确的因素多，控制多而杂。 这项任务对航天器的智能性和自主性要求很高，这正是操作系统的优秀实用场所。

此时，功能简单的spaceos1无法满足任务要求，科研人员开始着手解决第二代产品的难关。 经过两年的研究开发，spaceos2正式上市，在很多方面实现了质量的飞跃，成功地应用于嫦娥3号巡视器的中心控制计算机。

在任务调度和内存管理方面，spaceos2可以管理几十项任务，与原来的五项任务相比提高了一个级别，实现了快速有序的存储。 月球车在月面上行走时，必须一边不断地拍摄月面环境，一边迅速地留下这些消息来解决。 这时突然遇到坑的情况下，操作系统必须在最短时间内评价并作出反应，否则有可能掉进坑里。 目前，研究者设计的内存管理方法和调度方法在功能、效率方面与国际上最先进的类似产品没有很大差异。

然后，说到最有我国特色和竞争力的技术，必须提到三架容错。 通常卫星上有两台计算机进行冷备份。 一台电脑运行的时候另一台没有运行。 如果运行的计算机出现故障或问题，请立即切换到另一台计算机。 但是，在切换过程中，因计算机启动等而产生的秒级时间差是不可避免的。 为了实现真正的无缝切换，嫦娥三号首次实现了三架热备份，即三台计算机，解决了同样的任务。 其中一台计算机可能给出了错误的计算结果。 三架容错系统发现哪台计算机错了，最终会得出正确的结果。

从两架冷备份到三架热备份，似乎只增加了一台计算机，但随之而来的难度和工作量呈指数级增长。 研究人员坦白说，虽然他们知道压力应该达到什么样的目标，但是他们不知道如何实现。 那时在梦里考虑这些问题，有些难关甚至在梦里克服过。

未来可以迅速发展成民间。

现在，这十几个年轻团队正在进行spaceos3的研究开发，第三代产品的技术将更先进和先进。

例如，开发高性能多核计算机，大幅度提高计算速度和解决能力，另外，从现在操作系统行业最先进的技术——形式化验证，即建模和说明的角度验证设计行业的硬件和软件的正确性，该技术

spaceos能为民用迅速发展吗？

在接受这个问题时，研究开发人员说宇宙操作系统技术本身可以转移到民间。 但是，由于航天精品化和个性化定制的优势，产品化和通用化不足，离宣传成熟的民间产品还有很长的距离。