不用宇航级芯片，SpaceX龙飞船是如何做到抗辐射设计的

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@小白创作中心

不用宇航级芯片，SpaceX龙飞船是如何做到抗辐射设计的

引用

来源

https://docs.pingcode.com/ask/240610.html

SpaceX的龙飞船在不使用宇航级芯片的情况下，通过多层护盾、精细电路设计、散热系统、冗余架构等技术手段，实现了出色的抗辐射能力。这些创新设计不仅保障了飞船在高辐射环境中的稳定运行，也为未来深空探索提供了宝贵经验。

多层护盾技术

SpaceX为龙飞船设计了一种多层护盾技术，以最大程度地减少宇宙辐射对船内系统的影响。这种护盾利用多种重叠材料的层，形成了一个能够吸收和分散辐射的结构。在材料选用上，SpaceX采取非传统的轻重组合策略，通过轻质高强度合成材料与传统金属的结合，实现了保护效果与质量控制的平衡。不同的层面特定针对宇宙射线、太阳风粒子等不同类型的辐射，增加辐射穿过护盾的难度。

这种护盾的设计也考虑到了持久性，其中包含能够自我修复的组件，这些组件在发生碰撞或遭到辐射损伤时，能够保持护盾的完整性。例如，使用一种特殊的“记忆”合金，即便在受到较小的撞击或穿孔后，依然可以回复到原先的形状，重新封闭破口。

精细的电路设计

为提高抗辐射能力，SpaceX精细设计了龙飞船上的电路。采用了多种技术手段，比如错误检测和纠正码（EDAC）来防止辐射引起的位翻转错误。此外，飞船上的重要电路都采用了冗余设计，即同一功能会被多个独立的电路实现，当一套电路受到破坏时，其他电路能够保障系统的正常运行。

电路板的物理设计也往往更为复杂，为了减少辐射对电子元器件的影响，电路板的制造通常使用较厚且密度更大的基材，以减少入射粒子对电路的直接碰撞。在布局上，敏感度高的元件会被安排在避难所内或者被放置在相互避开的位置上，这样即使一个元件受损，也不会立即影响到相邻的其他元件。

先进的散热系统

精确控制龙飞船内部的温度对抗辐射至关重要，因为电子设备在过热情况下更容易受到辐射的损害。SpaceX利用了一套先进的散热系统，该系统不仅能维持恒温，还能将热量从敏感设备中移走。这一系统包含传导、对流和辐射等散热途径，确保即使在没有大气辅助散热的空间环境下也能保持有效。

一方面，飞船的外壳被设计为可以反射部分热辐射，降低太阳对飞船直接加热的影响。另一方面，轨道航天器使用了液体循环系统，通过特制的散热片或热管来引导热量通过特定路径流动并释放到太空中。这种设计能够确保关键的处理器和存储设备保持在最佳的工作温度，减少由温度变化引起的损害。

冗余架构与系统

在架构层面，SpaceX为龙飞船实现了高度的冗余性，它允许船上的系统在某一部分失效时，依旧可以无缝继续执行任务。例如，飞船的导航、计算和通讯系统都至少有双重甚至更多的备份。在软件层面实现了状态监测和跨系统的容错管理，一旦检测到错误，航天器能自动切换到备份系统，从而确保持续运行。

对于辐射等环境引起的故障，航天器不仅需要具有物理层面的抵抗能力，还应具备能够自动恢复的能力。冗余设计不仅体现在硬件上，软件容错和自动重启机制同样关键。这些系统通过复杂的决策逻辑，可以判定何时应执行重启以清除辐射引发的潜在错误。

节能与抗干扰策略

节能策略也是提高飞船在具有辐射环境下的稳定性的一种手段。SpaceX通过优化飞船的能源管理来做到这点，比如通过调整作业周期来降低设备在非关键时段的能耗，从而减少热量的产生、积累以及对系统的压力。同时，这也帮助电子设备更好地抵抗辐射诱发的故障。

为了进一步提高整个系统的抗辐射能力，设计师们还引入了多种抗干扰措施，比如使用同轴电缆和屏蔽的输入/输出端口来减少电磁干扰的可能性，另外，对信号线路布局进行优化，以降低由高能粒子撞击生成的二次粒子对信号完整性的影响。通过这些措施，SpaceX确保了龙飞船的电子系统可以在高辐射的外太空环境中保持稳定运行。