Почему бы нам не защитить существующие процессоры от радиации, а разрабатывать новые?

Потому что защита от радиации тяжелая, а вес — враг для доставки вещей в космос.

Процессоры довольно чувствительны к излучению, а некоторые виды излучения (космические лучи) не только достаточно хорошо проникают в большинство вещей, но и вызывают каскад вторичного излучения. Защитить устройство от любого проникающего излучения — непростая (легкая) задача. В какой-то момент перепроектирование ЦП, чтобы сделать его устойчивым к нескольким ударам, является более экономичным, поскольку вам не нужно исключать какое-либо событие переключения битов, если вы терпимы к 1 за цикл.

Несколько дополнительных мыслей:

• Часть расходов связана с одноразовым характером космического оборудования и необходимостью тестирования и т. д. Даже если бы ЦП можно было производить бесплатно, к тому времени, когда он прошел летные испытания и был доставлен из BAE, он был бы большим. баксов.

• Новая архитектура ЦП — не единственный способ сделать чипы менее чувствительными. Например: «Один из способов использования более быстрых потребительских процессоров в космосе — просто иметь в три раза больше процессоров, чем вам нужно: три процессора выполняют одни и те же вычисления и голосуют за результат. Если один из процессоров делает радиационно-индуцированное ошибка, два других все равно согласятся, таким образом выиграв голосование и дав правильный результат.». Это подход, используемый программой НАСА «Экологически адаптивные отказоустойчивые вычисления» или «EAFTC». Компьютеры EAFTC служат той же цели. Однако они по-прежнему не считаются такими же надежными, как специализированные радиационно-стойкие процессоры. Ожидается, что эти или подобные системы будут использоваться для снятия части нагрузки с радиационно-стойких процессоров. Хотя я не знаю, каков этот статус.

Вы действительно задаете очень хороший вопрос. И ответ таков: мы делаем и то, и другое, в зависимости от потребностей.

НАСА стремится к сверхнадежности, а радиационно-устойчивые компоненты более надежны, поэтому они предпочитают именно этот путь. Однако многие коммерческие спутники используют компоненты некосмического класса, которые слегка экранированы, а программное и аппаратное обеспечение построено таким образом, чтобы два процессора могли выполнять один и тот же расчет, и если они получают разные результаты, они пересчитывают его. Для памяти распространенным способом является использование тройной избыточности, когда память хранится 3 раза в разных микросхемах, а ответы сравниваются. Наиболее чувствительные и важные компоненты по-прежнему обычно устойчивы к радиации, но это относительно небольшое подмножество компонентов спутника, поэтому для подъема тяжелых грузов можно использовать более чувствительный к радиации и гораздо менее дорогой компонент.

Бросив грубую и готовую математику на вопрос, буду рад, если кто-нибудь с реальными цифрами поправит его.

Закалка увеличивает уровень радиации для срабатывания ошибок на несколько порядков, назовем для этого 1000.

Уменьшение радиации в 1000 раз до 10-сантиметрового куба потребует примерно полмм свинца, что в сумме составит около 250 г. Большинство компьютерных модулей крупнее и имеют более неуклюжую форму, чем пара килограмм экранирования.

Таким образом, экранирование было бы достижимо, но потребовало бы инструмента или резервного элемента в окончательной конструкции.

Что, возможно, упущено из этого, так это то, кто на самом деле заплатил за защищенный от радиации ЦП и сколько стоило бы тестирование экранированного, но обычного ЦП. Закаленные процессоры в основном рождаются из военных расходов, а не из-за освоения космоса (чтобы НАСА не получило сэкономленных денег), и поставляются с большим количеством документов, в которых указано не только радиационное упрочнение, но и «бесплатное» упрочнение от экстремальных температур и вибрации.

Стандартный ЦП необходимо будет поместить в радиационно-стойкий корпус, а затем подвергнуть соответствующим испытаниям перед запуском. Это, вероятно, потерпит неудачу, и его нужно будет несколько раз перепроектировать и повторно протестировать, чтобы все было правильно. Таким образом, окончательная стоимость, вероятно, будет дешевле, но может оказаться намного выше или даже задержать вещи настолько, чтобы пропустить окно запуска, и это будет неизвестно во время планирования. Где радиационно-упрочненный блок будет известным количеством с точки зрения цены, веса и мощности с самого начала процесса проектирования.

Так что вполне возможно, что если вы создаете семейство спутников LEO, где вы можете позволить себе отказ первой пары, и распределяете стоимость тестирования на остальную часть семейства, это может сработать, и на самом деле многие спутники текущего поколения (особенно кубические / малые спутники) иди по этому пути.

Если вы проектируете космический зонд с бюджетом в полмиллиарда долларов и летите в течение десятилетий, то обмен пары миллионов на достаточный вес, чтобы добавить еще один датчик, начинает выглядеть лучше. Особенно, если вы можете получить компьютеры по цене ниже билета и назвать это исследовательским/пропагандистским проектом для агентства, которое их разработало.

Так что это математика, которая может идти в любом направлении, в значительной степени в зависимости от деталей.