[拼音]：jisuanji

[外文]：computer

計算機是現代航空航天工程中最重要的技術工具之一。從民用航空的訂座系統到載人飛船的地面指揮中心，從比較簡單的機載大氣數據計算機到高度復雜而可靠的航天飛機導航控制系統，無不依賴于計算機。計算機已經滲透到現代航空航天工程的各個領域。按照應用的場合，用于航空航天工程的計算機可以分為兩大類：地面計算機和飛行器計算機。地面計算機多采用通用計算機，它又可分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機。微型機發展極快，在性能上已趕上或超過了某些小型機，并開始出現趕上超級小型機的趨勢。對于飛行器計算機則有一些特殊的要求（體積、重量、功耗、環境和功能等），故多采用專用計算機，但70年代后期以來，新的飛行器計算機已開始采用通用微處理機作為它的中央處理機。

地面計算機

計算機在航空航天地面系統中用途很廣，如民航訂票業務、地面仿真試驗、航天器測控、飛行器設計和制造等方面。

民用航空旅客訂座系統

從50年代開始就出現了用計算機來處理訂票業務，已發展成為完善的可編程序旅客訂座系統。這種系統通過高速通信網把世界各大城市售票點與計算機中心聯結起來，形成計算機網，開展遠距離聯程預訂客座等業務。這種系統一般都接有上千個終端裝置，如顯示終端、打印機、售票機等。有關班機座席情況、旅客資料和班期時刻等上百種數據都存貯在龐大的存貯器內，根據要求迅速地在顯示終端顯示出有關數據，以回答各種詢問。

地面仿真試驗

高性能計算機是地面仿真試驗的主要設備，這種試驗為新飛行器的研制開辟了一條新的途徑。地面仿真試驗可以部分或全部代替飛行器的某些地面模擬試驗，也可以部分代替飛機的試飛。這種試驗要求建立物理過程的精確數學模型，具有一定的通用性。它可以節省研制費用，縮短研制周期，減少飛機試飛中的事故（見飛行仿真器、控制系統仿真技術）。

航天器測控

航天測控和數據采集網對航天器實施跟蹤、測量和控制，是航天器正常工作的基本保障。這項工作實時性強、信息量大、可靠性高，必須依靠大型高速計算機。航天控制中心一般配置多臺、大型高速計算機及其完善的軟件系統。這些計算機系統可以實時處理航天器測軌和遙測數據，獲取航天器軌道、姿態和各分系統工作的參數，為監視和控制航天器的工作提供信息。當航天器出現故障時，計算機系統可以協助查找故障原因，并提供處理故障的可能方法。

飛行器設計和制造

在飛行器設計和制造過程中，需要解決有關空氣動力學、飛行力學、結構力學、材料力學、制造工藝學等方面的大量復雜問題，必須借助計算機進行解算。隨著大型數控繪圖機和通用繪圖軟件的出現，計算機輔助設計和制造已經成為飛行器設計和制造的重要手段。采用人機對話的工作方式，從計算機可以直接輸出設計圖紙、加工制造所需要的信息，顯著縮短研制周期、提高產品質量和降低成本。圖1為中國巨型計算機。

飛行器計算機

60年代以來微電子技術和計算機技術迅速發展，特別是70年代微處理機問世以來，數字計算機在飛行器上獲得日益廣泛的應用。

飛行器計算機的特殊要求

對飛行器計算機有一些特殊的要求，其中主要有：

（1）能承受惡劣的環境條件：如很寬的工作溫度范圍（飛機上為-60～+60°C，導彈上達-55～+125°C），高達40g的沖擊過載，以及振動、潮濕、鹽霧、電磁干擾、空間粒子輻射和核輻射等，為此一般需要采用經過嚴格篩選的軍用電子器件。藍寶石基底的CMOS器件有較高的抗輻射能力，在導彈和航天器計算機中應用較多。

（2）體積小、重量輕和功耗低：這些要求在導彈和衛星上尤為突出?，F代飛行器計算機多以大規?；虺笠幠＜呻娐肺⑻幚頇C為核心，并已開始采用單片微計算機和二次集成計算機。CMOS器件功耗低、可靠性高，是飛行器計算機的理想器件。

（3）可靠性高：現代飛行器價格昂貴，在飛行中一般無法維修，計算機一旦失靈，會造成嚴重后果。例如，在采用電傳操縱系統的隨控布局飛機中，飛行控制計算機完全失效會導致機毀人亡。航天器（如衛星）常在空間工作數年以至更長的時間，這就要求計算機連續工作數萬小時不出故障。為了滿足極高的可靠性要求，除了嚴格挑選元、器件之外，還須采用特殊的方法，即余度技術和自檢與故障監控技術，采用多個處理機以構成能在一定程度上容忍出錯的容錯計算機系統。這種計算機能自動檢測和診斷故障，自行改組計算機的結構，以便繼續工作，故障排除后還能自動恢復。

（4）實時性強：與一般對象比較，飛行器飛行速度快，飛行環境和飛行姿態也瞬息多變，對空作戰飛機和導彈的攻擊目標也是高速的飛行器，因而飛行器計算機應能進行實時運算。它的數據采樣時間間隔一般僅為幾毫秒至幾十毫秒，計算周期等于采樣間隔時間或它的數倍。隨著飛行器性能的提高，計算內容不斷增加，也要求計算機以更高的速度進行計算。

飛行器計算機體系結構

飛行器上的計算機系統有三種基本結構型式：

（1）獨立的單功能計算機：60年代的飛機計算機大多是這種結構型式，即各機載分系統采用獨立的、功能單一的計算機，如導航計算機、飛行控制計算機、火力控制計算機、大氣數據計算機等。它們大部分是模擬計算機，60年代后期開始采用數字計算機。

（2）集中式計算機系統：如60～70年代的衛星和空間探測器多采用這種結構型式。采用單機或雙機冗余的系統集中地或部分集中地完成多種任務。如1975年發射的“海盜”號探測器，在著陸艙中使用了雙機冗余的制導與程序控制計算機，集中執行制導與控制、命令處理、能源管理和登上行星后的程序控制等任務。它還使用另一臺計算機進行數據采集與處理。

（3）集中分散式分布計算機系統：數字式航空電子信息系統有一臺主處理機和一臺監控處理機，它們通過多路傳輸數據總線對整個系統進行總任務調度、出錯管理并完成部分其他功能。若干臺遠距處理機(機載分系統)通過總線的遠距終端與主處理機和監控處理機聯系（見航空綜合系統）。這種系統的研究成果已用在許多方面?，F代航天器上也出現了類似的綜合系統，也采用集中分散式的分布計算機系統。

飛行器計算機的應用

計算機在飛行器上有十分廣泛的用途，如飛機上用計算機進行導航計算、大氣數據計算、飛行控制、火力控制、發動機控制、雷達信號處理、電子偵察、電子干擾、通信、性能管理和綜合顯示等；航天器上用計算機完成軌道控制、姿態控制和天線指向控制，遙控指令譯碼、指令存貯和分配，遙測、遙感和探測的數據預處理和數據壓縮，以及實驗儀器的程序控制和實驗數據的處理與存貯等；導彈上用計算機實現制導（包括圖像匹配制導）、起飛前的測試計算和瞄準計算以及起飛后的實時測試計算和無線電通信管理等。民航客機使用計算機的典型例子如波音757、波音767和A-310，這幾種飛機都裝備有飛行管理系統，而飛行管理計算機是系統的核心，用于調度系統工作，并兼有性能管理、導航、導引等功能。它通過多路傳輸數據總線與傳感器分系統、飛行控制分系統和控制顯示分系統相交聯。這種計算機采用適于機載實時計算的 16位SDP-175處理機為中央處理機，外存貯器的容量約500K字節，內部隨機存貯器的容量為32K字節。圖2為導彈上使用多機計算機系統的典型實例。巡航導彈的位置修正系統是一個圖像匹配導航系統，利用雷達系統所獲取的地形圖像與事先存貯的參考地圖作相關處理，以確定導彈的瞬時位置，用于對慣性制導系統進行位置修正。圖像相關匹配時，數據量大，要求計算速度極高。如“潘興”2中程彈道導彈上采用的ASPRO相關處理機，每秒鐘能完成1億次加法，能處理1000億個2位的圖像元素。行星探測器使用計算機的實例如“旅行者”號探測器，它采用了 3套雙機冗余的計算機系統：遙控命令與控制系統、姿態控制與穩定系統以及科學儀器控制與數據處理系統。航天飛機采用由5臺高性能計算機組成的系統，其中一臺用于監督整個系統的工作，另4臺采用帶有表決器的余度技術， 構成非?？煽康挠嬎銠C系統，以保證安全地完成復雜的載人航天飛行。

發展趨勢

60年代后期以來，微電子技術飛躍發展。70年代至80年代初，生產微計算機的主要廠商幾乎每兩年就推出一種新的微機產品，配套的外圍芯片也隨之迅速問世。微處理機自70年代初期進入市場以來，已由4位機、8位機、16位機發展到 32位機。這種工藝上的進展為飛行器計算機系統的發展奠定了良好的基礎。飛行器計算機的現代趨勢是：

（1）采用通用的微處理機和外圍芯片。

（2）飛行器計算機系統硬件和軟件模塊化。

（3）出現多種適于實時系統編程的高級語言，如Ada語言等，可提高軟件的通用性。

（4）解決復雜程序編制、調試和管理問題的軟件工程。

（5）把容錯計算機集成在一個芯片上，進一步提高系統可靠性。

（6）智能計算機(或稱知識型計算機)的出現，將為航空航天事業的發展提供更好的條件。

參考文章

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