【0】前言

处理器一般分为商业级、工业级、军用级以及宇航级等多个标准，随着要求的提高，并不是说性能就会越强，而是应对苛刻环境的能力逐步提升。

从性能方面来说，常规商业级（英特尔、AMD这些）处理器的表现最为出色，但它们也最“娇贵”，不抗辐射，怕极温，周边配套元件也有同样的毛病。宇航级CPU需要兼顾一整套系统都要能在太空的恶劣环境（各种高能射线、高低温）中保持稳定运行数年甚至数十年，所以在此前提背景下还要追求超高的性能，几乎是天方夜谭。

【1】1962~1966年——“双子星”号飞船（Gemini Spacecraft）

▲ “双子星”号宇宙飞船作为NASA（美国宇航局/下同）第二个载人航天计划“双子星”的重要组成之一，“双子座”制导计算机的处理器参数也比较明确，CPU是一颗RTL级离散型IC，运行频率为7.143KHz，存储容量为19.5KB（未明确内存/外存）。

【2】1961~1972年——“阿波罗”号飞船（Apollo spacecraft）

▲ “阿波罗”号宇宙飞船作为NASA第三个载人航天计划“阿波罗”的重要组成之一，其计算机配置更像是“双子星”的升级版，CPU同样是一颗RTL级离散型IC，运行频率提高至2.048MHz，内存容量为4KB（RAM），存储器容量为73.73KB（ROM）。

【3】1972年——先驱者（Pioneer）10号&11号

先驱者10号是NASA于1972年3月2日发射的一艘航天飞行器。它是第一艘越过小行星带的飞行器、第一艘近距离观测木星的飞行器，并于1973年12月3日发回了第一组木星的近距离拍摄的图像，于2003年1月发回最后一组信息后失联。1983年6月13日，先驱者10号越过海王星轨道，之后探测器按惯性驶向68光年外的“毕宿五”恒星，预计需要200万年。先驱者11号于1973年4月5日以类似的轨迹发射，目标是银河系中心。

▲先驱者10号/11号采用逻辑晶体管离散型定制处理器，这类CPU是由许多芯片（指令集功能）组合实现的，具体参数未公布。早期有猜测是英特尔的4004，但之后被否定了。

【4】1975年——“海盗号”火星探测器（VikingProgram）

“海盗号”是NASA的火星项目之一，包括两个无人空间探测任务：海盗1号和海盗2号。每艘航天器均包括轨道器和着陆器：轨道器主要在火星轨道工作，负责发回图像用于着陆点选择。着陆器与轨道器分离，进入火星大气在选定的着陆点软着陆，着陆器部署后，轨道器在轨道上继续成像和完成其他科学任务。

“海盗号”轨道器采用通用电气的18位串行处理器计算机，每秒可以执行25000条指令。“海盗号”着陆器采用两台“霍尼韦尔HDC-402”计算机，具备制导、控制和排序等多维功能，拥有18K/24位电镀金属丝存储器，处理器信息不详。

▲ “海盗号”计算机系统中采用不同形式封装的处理器形态（左/中/右）。这类处理器能用金肯定就不会用其他金属。

【5】1977年——旅行者1号（Voyager 1）

“旅行者1号”是由NASA研制的一艘无人外太阳系空间探测器，重815千克，于1977年9月5日发射，截至2020年7月仍正常运作。它曾到访过木星及土星，是提供其卫星高清晰照片的第一艘航天器。它的主要任务在1979年经过木星系统、1980年经过土星系统之后，结束于1980年11月20日。2012年8月25日，“旅行者1号”成为第一个穿越太阳圈并进入星际介质的宇宙飞船。该飞行器预计将于2025年与地球失联，成为星际中的“流浪探测器”。

▲ “旅行者”携带的“金唱片”，上面记录了地球的影像与声音（部分节选）。

★ 左：商店中的女人；

★ 中：人类的进食形态；

★ 右：牛顿的《自然哲学的数学原理》第三卷《论宇宙的系统》第6页。

“旅行者1号”使用了3套计算机子系统组成的综合计算机体系，与 “海盗”号轨道飞行器相似度很高，仅仅在部分环节进行了加强，比如在CPU和存储器之间插入一个混合缓冲接口电路单元，该单元可以拦截指令以增加索引寻址能力（以牺牲其他指令为代价），并加速使用空闲周期的指令。在数据计算子系统中使用的第三台计算机采用一种新的定制4位CMOS微处理器，拥有128个寄存器和16位存储器。它每秒大约运行80000条指令。网传的英特尔4004处理器显然也不正确。

【6】1989年——“伽利略”木星探测器

“伽利略”木星探测器是1989年从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射的，是美国航天局第一个直接专用探测木星的航天器。也是美国宇航局发射的最成功的探测器之一。它于1989年升空，1995年12月进入环木星轨道。它旅行了28亿英里，它的终结日期比原来预计的晚了六年。“伽利略”号绕木星飞行了34圈，观测结果大大增进了人们对木星和四颗伽利略卫星的了解。

▲ “伽利略”号采用的RCA CDP 1802处理器，该处理器应用在“伽利略”号的数据和命令控制子系统中（外形仅供示意）。

为什么说“外形仅供示意”呢？因为这只是常规版本的RCA-1802，显然无法适用于宇宙的高能辐射环境，因此“伽利略”号真正采用的1802处理器应用了一种叫“Silicon on Sapphire（SOS）”的蓝宝石上硅薄膜技术，具体形态不得而知，但我们还是找到了NASA早年的电路板照片。

▲ “伽利略”号采用的数据和命令控制子系统的电路板。“伽利略”号一共使用了6颗1802处理器，2颗应用于高阶模块，4颗应用于低阶模块。即使有电路板照片，似乎也不知道1802具体的方位在哪儿。电路板共集成176KB的内存。

【7】1989~2011年——航天飞机（SpaceShuttle）

（哥伦比亚号/28、挑战者号/10、发现号/39、亚特兰蒂斯号/33、奋进号/25）

▲ “航天飞机”（系列）也是NASA推出的可供往返重复使用的低地球轨道航天器系统。从1981年到2011年，五个完整的航天飞机轨道飞行器从佛罗里达州的肯尼迪航天中心（KSC）发射升空，共执行了135次任务。执行任务发射了许多卫星、行星际探测器以及哈勃太空望远镜（HST）。

▲ “航天飞机”（系列）由于属于“低地球轨道航天器系统”，因此对配件要求没有那么苛刻，此时相对常见的英特尔处理器登场了！这一系列采用了IBM的APA-101S计算机系统，每部航天飞机配置5台（4台标准工作用机/1台为备份用机），处理器直截了当用了英特尔的8086系列处理器（早期），这些计算机的功能主要是在驾驶舱中显示信息和数据。后续被更新至英特尔的80386系列处理器。

▲ 英特尔于2014年在社交网站上发布动态，“你知道吗？@NASA 曾在航天飞机项目中使用英特尔8086处理器，直到该项目于2011年终止”。

★ 此8086、80386并非市面上烂大街的那些古董，虽然参数差不多，但都是航空航天军工级设计的产品，除了美国本土外，其他国家一般是很难见到的。

【8】1990年——哈勃太空望远镜（HubbleSpace Telescope）

▲ 全世界最著名的太空望远镜——哈勃。

▲ 哈勃望远镜使用了一套叫DF-224的计算机系统，初次执行任务时搭载了一颗15MHz的80386处理器，目前已经更新至25MHz的英特尔80486（截至2020年7月）。

【9】1998年——国际空间站（InternationalSpace Station）

▲ 国际空间站用的CPU也只是一个英特尔的80386SX，主频20MHz，同时还附带一颗80387协处理器。稳定耐用就好，能起到关键的控制、数据采集及基本处理就行，各种复杂计算那都是地面控制中心做的事儿。

▲ 这是一颗早年面向消费级市场的80386SX-20MHz处理器及其相对应的主板。

▲ 这是国际空间站采用的80386SX-20MHz处理器及其对应的主板、内存系统，全部镀金处理，可以稳定用上几十年。

★ 现在你应该知道了各种科幻片里面炫酷的宇宙飞船、飞行器的操控台用的是啥CPU了吧？一般都是80386、80486之类的老古董。

★ 最后，解答一下为什么这些高精尖的设备依然执着于使用如此低性能、老旧的计算平台：

（1）飞行器本身并不需要多少处理能力，它们只需要完成最简单的指令下达及响应作用即可，复杂的轨道计算、主信息处理可以交给地面控制中心；

（2）由于航天器的研发周期非常长，所以硬件用十几年、几十年前的非常正常；

（3）需要尽可能低能耗、低需求且辐射、高温耐受度高，稳定、耐用非常关键，“旅行者1号”、“伽利略探测器”之所以都使用了CMOS处理器，其实NASA并不乐意，但这几乎是当时唯一的选择；

（4）既有的成熟方案直接套用省时省力省经费。