說起微軟的Windows，蘋果的Mac OS以及谷歌的Android，相信大家都不會陌生，它們都是操作系統(tǒng)，即對計算機的各種資源進行管理的軟件，是計算機能夠運行的靈魂，美國的一些航天器上用的就是VxWorks操作系統(tǒng)。但是，如果問起我國航天器上的計算機用的是什么操作系統(tǒng)，也許很少有人知道。

事實上，中國航天科技集團公司五院從2001年就開始研發(fā)星載計算機特有的操作系統(tǒng)——SpaceOS，并在2006年首飛成功。此次的嫦娥三號探月任務控制計算機使用的是經(jīng)過升級和改進后的第二代星載計算機操作系統(tǒng)SpaceOS2。該系統(tǒng)首次亮相應用，就吸引了眾多關(guān)注的目光。下面就來看看中國航天報為我們帶來的報道。

中國航天要有自己的操作系統(tǒng)

盡管與普通家用的操作系統(tǒng)設(shè)計原理相似，但“上天”的操作系統(tǒng)為了適應惡劣太空環(huán)境，對安全性、可靠性等要求要苛刻許多。

地面使用的計算機死機了可以重啟，壞了還可以換新的，但飛行器上的計算機開機了通常就不會再關(guān)閉或重啟。在軌運行時間較長的衛(wèi)星壽命可達十幾年，這也就意味著計算機程序要同步運行十幾年不出現(xiàn)問題。

更重要的是，對于航天這樣的事關(guān)國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，“拿來主義”是很危險的。而要研發(fā)自己的操作系統(tǒng)，相關(guān)核心技術(shù)國外嚴密封鎖，想要借用也沒有可能。

在星載計算機操作系統(tǒng)投入使用以前，中國的衛(wèi)星通常都采用程序控制的方式來完成指令。這種“傻瓜”式的運行模式非常簡單，但也非常機械，它要求技術(shù)人員在地面設(shè)計好衛(wèi)星要進行的每一個動作，嚴格按照時序編寫程序。形象地說，就是如果設(shè)定衛(wèi)星的任務為“吃飯—喝水—睡覺”，衛(wèi)星上天之后只能按照這個順序重復動作，想要先喝水后吃飯是做不到的。

由于衛(wèi)星的運行軌道相對封閉和確定，程序控制雖然機械繁瑣，也能夠滿足任務要求。但隨著我國在軌任務越來越復雜，對計算機軟件管理提出了越來越高的要求。

研發(fā)中國自己的星載計算機操作系統(tǒng)勢在必行。沒有借鑒，就從零開始慢慢摸索。獨立自主創(chuàng)新，成為了擺在研發(fā)團隊面前唯一道路。

兩代SpaceOS的華麗蛻變

2006年，SpaceOS1成功在軌運行。那時的操作系統(tǒng)功能簡單，只做到了多種資源的管理和任務調(diào)度，卻沒有任務間的通信和動態(tài)內(nèi)存管理等更為復雜的功能。

3年以后，嫦娥三號立項，巡視器要實現(xiàn)月面行走。相比衛(wèi)星軌道，月球是一個開放的空間，環(huán)境惡劣、不確定因素多、控制復雜。這種任務對航天器智能性和自主性的要求很高，而這恰恰是操作系統(tǒng)的絕佳用武之地。

此時功能簡單的SpaceOS1已無法滿足任務要求，科研人員開始著手進行第二代產(chǎn)品的攻關(guān)。經(jīng)過2年研發(fā)，SpaceOS2正式推出，在很多方面都實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，并成功應用到了嫦娥三號巡視器的中心控制計算機上。

在任務調(diào)度和內(nèi)存管理方面，SpaceOS2可以同時管理幾十個任務，與原來5個任務相比，提高了一個量級，同時可以做到快速、有序存儲。月球車在月面行走時，要一邊不停地拍攝月面環(huán)境，一邊快速保存和處理這些信息。如果此時突然遇到一個坑，操作系統(tǒng)必須在最短的時間內(nèi)作出判斷并反應，否則就有可能掉進坑里。目前，研究人員設(shè)計的內(nèi)存管理方法和調(diào)度方法，從功能、效率上來講，已經(jīng)可以和國際上最先進的類似產(chǎn)品相媲美。

而如果說到最具有我國特色和競爭力的技術(shù)，就不得不提到三機容錯。一般衛(wèi)星上會有兩臺計算機冷備份，一臺工作時另一臺不工作，如果工作的計算機出現(xiàn)了故障或問題，就立刻切換到另一臺。但切換的過程中，不可避免的會有一些因計算機啟動等帶來的秒級的時間差。為了實現(xiàn)真正的無縫切換，嫦娥三號上第一次實現(xiàn)了三機熱備份，即三個計算機同時工作，處理同樣的任務，有可能其中一臺計算機給出的計算結(jié)果是錯的，那么三機容錯就要發(fā)現(xiàn)哪臺計算機有錯，并最終給出正確的結(jié)果。

從雙機冷備份到三機熱備份，看上去似乎只增加了一臺計算機，但帶來的難度和工作量卻是呈指數(shù)級增長的。研發(fā)人員坦言，那種壓力來自于知道應該實現(xiàn)什么目標，但對怎么實現(xiàn)毫無頭緒。那時做夢都在思考這些問題，有些難關(guān)甚至是在夢里攻克的。

目前，這個只有十幾個人組成的年輕團隊正在進行SpaceOS3的研發(fā)工作，第三代產(chǎn)品的技術(shù)將更加先進和前沿。

例如研制高性能多核計算機，讓運算速度和處理能力大幅度提升；還有目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域最前沿的技術(shù)——形式化驗證，即從建模和證明的角度來驗證設(shè)計領(lǐng)域軟硬件的正確性，如果這一技術(shù)得以突破，將改變航天目前通過大量測試來驗證設(shè)計正確性的方法，從根本上確保設(shè)計的無差錯和高可靠。

SpaceOS操作系統(tǒng)能否發(fā)展民用？

當被問及這個問題時，研發(fā)人員表示，航天操作系統(tǒng)技術(shù)本身是可以轉(zhuǎn)為民用的。但由于航天精品化和個性定制的特點，不夠產(chǎn)品化和通用化，距推廣成熟的民用產(chǎn)品還有一定距離。

目前，SpaceOS操作系統(tǒng)正在考慮航天系統(tǒng)內(nèi)的推廣應用，未來還將逐步拓展到其他領(lǐng)域。也許有一天，我們每個人的手機上，都可以使用到“中國航天”品牌的操作系統(tǒng)了。

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