2012年6月16日18时37分，中国酒泉卫星发射中心，神舟九号飞船搭载三名宇航员发射升空，起飞后近600秒，船箭分离之际，控制计算机开始输出指令，神舟九号入轨。
17日，神九完成三次变轨，逐步运行至对接高度。
18日，神九追上天宫一号，完成自动对接……
在这些关键时刻，飞船和天宫一号上的控制计算机发挥了至关重要的作用。
天宫一号的大脑
人们常用一个天上，一个地下来形容事物给人印象的巨大反差。
天宫一号的大脑，准确说是“天宫一号”的控制计算机，初看就是一个黑色的方盒子，有十几公斤重，与地面上电脑的差别不是一星半点。
“刚毕业来这里第一次见到太空用计算机，我也惊诧它与一般计算机的不同。”中国航天科技集团五院502所电子中心设计部副主任刘波说，十几年来，它的外形一直没变过。
但就是这个简朴的黑盒子，它的造价是地面普通商用计算机的500倍以上，因此，设计开发人员在工作中分外严格遵守操作流程，大家开玩笑说，如果不小心烧毁一个芯片，一辆奥迪车就没了。
刘波他们自行设计的全封闭机箱可以承受火箭起飞加速带来的一瞬间几千公斤的冲力和巨大的震动，进入太空后，为了防辐射，方盒子5个面都经过了特殊处理，呈现黑色，计算机与天宫一号连接的一面非常光滑，保持金属本色，可以确保与天宫一号紧密接合，方便传导散热（太空中没有空气，不能使用普通电脑的散热风扇）。输入输出则通过高可靠接插件与天宫一号其他系统相连。
空间控制计算机被安装在天宫一号轨道舱内，主要负责采集敏感器姿态与轨道状态，完成控制规律的计算，发出指令控制控制力矩陀螺、推力器等执行部件工作，完成天宫一号单独飞行以及天宫一号与神舟飞船对接后组合飞行体两种状态下的姿态、轨道控制。
“神舟九号飞船的控制计算机也是这样的外貌和结构，只是个头比天宫一号的略大一些。”曾经在实验室里，神九的大脑和天宫一号的大脑就在相邻的两张桌子上同时测试着，如今在太空中，这两台计算机再次相逢。
稳定运行于太空的计算机该有怎样独特的内芯？
502所刘波的团队负责硬件部分，彭飞负责的软件组完成了我国航天第一个具有自主知识产权的嵌入式实时操作系统——SpaceOS的研发，保证了将交会对接控制由纸面上的一个方案变成一个完美的工程实现。
据介绍，神舟九号计算机系统由三个冗余单机组成每个单机又分为主处理单元和I/O处理单元，前后台实现并行处理。整机能够容忍两个故障，天宫一号控制计算机系统包括两台冗余单机和一个应急控制单元，能够保证天宫一号长期工作的可靠性和稳定性。
空间计算机的运行速度和内存都远比不上当前的商用计算机，但是这些参数不是最重要的，够用就好，
“每台星载计算机被送入太空后，绝对不能出现运行错误，它们中最长运行寿命是15年，从火箭发射前加电开始，就不能停机，直至飞行器的整个生命周期。”
“不能关机休息、不能在轨复位、不能重新初始化”是航天器控制计算机的基本要求，地面上的通用计算机不可能做到一直运行，总有开机、关机的时候，如果出错，换个零件、升级一下软件都很容易实现，但是太空计算机如果出错，不可能更换故障元器件，只能通过及时的故障诊断、故障隔离和系统恢复解决问题。2011年国外航天器就因为计算机采用了不合格的电子元器件及没有充分测试的软件而失败。
为了保证可靠性，空间计算机有容错系统，确保最终发出的指令是正确的。
我国自主研发，具有自主知识产权的实时多任务空间操作系统SpaceOS1，历时5年完成研制，从2006年已成功运行于通信卫星上，截至2012年3月，使用SpaceOS的飞行器已发射了33颗星（船），全部稳定运行，运行时间累计约40星年，未发生任何在轨问题。
中国航天科技集团五院星载计算机首席专家华更新研究员总结说：我国自主研发的空间操作系统SpaceOS和星在计算机产品已经从引进、消化、吸收，逐步过渡到当前的自主可控、自由知识产权。
用于神舟飞船的空间计算机 空间计算机单板测试准备
太空计算机经历的严酷考验
太空中，计算机最怕什么？专家说宇宙射线是计算机运行最大的危害。
地球上的计算机，因为有地球大气层的保护，可以挡住大部分来自太阳的高能粒子射电流，而在太空，天宫一号控制计算机将遭到质子、中子、重离子、电子的轰炸。
“总剂量效应”和“单粒子效应”是两种典型的太空射线对空间计算机造成的损害，也是星载计算机同其它地面计算机的最大不同。
专家所说“闩锁效应”是指空间重粒子作用到计算机芯片造成短路，进而引发“可控硅”效应，严重的会造成计算机电路“烧毁”。若发生“闩锁效应”，地面控制中心的工程技术人员即可察觉，相比之下，“单粒子翻转效应”使计算机存储单元的内容发生“位翻转”，造成物理损坏，只是悄无声息地改变存储内容，造成不易发现的破坏。
从天宫一号控制计算机地面遥测数据分析，天宫一号控制计算机今年已发生6次存储器单粒子翻转事件，其中有一次就发生在第二次交会对接前几小时。天宫一号控制计算机系统能有有效抵御单粒子翻转的危害，在轨稳定工作、表现优异。
刘波讲述的空间计算机测试，完全颠覆记者想象。
温度要承受摄氏零下35度到70度的巨大变化，抗辐射、抗静电、抗震动，考核试验综合应力时，一面震动、一面温度急剧变化、同时多个条件加载，考验产品的极限性能。
神舟九号与天宫一号对接就像两架飞机进行空中加油一样困难，一样危险，其中自动交会对接是对神舟九号和天宫一号控制计算机的最大考验，我们不能想象交会对接过程及控制权交接瞬间对两航天器控制计算机可靠性的甚高要求。
空间控制计算机机箱装配
探月工程将再显神威
“天宫一号控制计算机系统就是我们所设计、测试、生产的第二代控制计算机。”502所电子中心的杨桦书记告诉《电脑报》读者，事实上，我国的卫星、飞船上80%的电子控制产品都由502所提供。
由著名的院士、专家引领的502所有着56年的发展历史，电子中心133人是全所最大的团队，他们承担了敏感器、红外、成像、机电部件、一体化产品、电脑的结构设计，大部分都是35岁以下的年轻人，他们的专业最多的是软件、硬件、结构、可靠性等。
502所从1998年开始研制国内第一台32位星载计算机，并给这台计算机取了一个代号“RISC2000”，到2001年，正式应用于型号。第一代控制计算机采用国外CPU和操作系统，2006年，自主研发的SpaceOS操作系统成功运行，第二代控制计算机问世。现在的神舟九号和天宫一号使用的都是第二代控制计算机。
“我们已掌握了芯片设计技术，未来，从硬件到软件完全自主设计生产的第三代空间计算机将在太空运行。”首席计算机专家华更新预言。
未来载人登月时，从硬件到操作系统都将是具有自主知识产权的“纯国货”。
太空电脑是航天探险的灵魂
对话人：本报记者朱文利
对话嘉宾：华更新 中国航天科技集团五院星载计算机首席专家、产品总工程师
电脑报：从刘主任的介绍中，了解到太空中计算机构造与地面计算机有太多的不同，你可以总结一下这个区别吗？
华更新：首要一点空间计算机可靠性要求非常高，要求长期可靠运行，不可维护。当然，以后空间站有宇航员上去，可以适当维护。
第二点是性能要求不同，地面计算机追求效率，太空的嵌入式电脑满足特定任务需要，性能以够用为标准。
第三点是运行环境不同，太空力学环境恶劣，有辐射温度震动等等，导致空间计算机与普通电脑有着太多的不同。
电脑报：太空计算机研制中遇到的最大困难是什么？
华更新：首先是资源有限。
抗辐射的内存价格昂贵，且单片容量有限，不可能像地面计算机那样占用大量资源，计算机CPU的运算速度也有限，必须用有限的资源设计出任务需要的产品。
其次是操作系统，星上计算机操作系统必须在有限资源条件下实时完成多个不同任务，且无法随时用“补丁”来修正“Bug”。
电脑报：神九上的宇航员需要掌握飞船上控制计算机的操作系统吗？24号手控对接时，控制计算机在工作吗？
华更新：控制计算机的操作系统对宇航员而言是后台运行的，他们不会直接面对控制计算机，宇航员面对的是操作系统上的应用软件。我们的操作系统正在进入第三代研发进程，未来会支持图形化界面操作，做到友好人机交互界面，到那时，宇航员可能会直接面对操作系统的操作，像使用iPad似的，不用学习，直接可用。
24号的手控对接，控制计算依然在发挥作用。这时，控制计算机捕捉的是宇航员的动作，向左、向右，转换为指令控制飞船与天宫一号的对接。
电脑报：未来太空中的控制计算机会发展成什么样？
华更新：集成电路的进步，会从规模上控制整个计算机体积的大小，CPU单核会变多核，存储容量会越来越大，机器结构也在不断更新。我们会采用片上系统技术、多模块封装技术等等，将来的星上计算机会发展到一个芯片那样大小。
未来空间站应用的计算机
采访手记
对中国航天科技集团公司五院的采访得益于一次有效的读编互动。记者通过《电脑报》的老读者、502所的薛英民，经过层层安保，见到了研发空间计算机系统的专家们，被允许近距离看了一眼传说中的“天上的计算机”。
几个小时的采访里，体验了一下航天人紧张的工作节奏，12：30，薛英民才放下手里的工作和另外两个年轻人一起走进食堂。记者蹭了一顿工作餐，随意问起是否等神九飞船返回地面后，他们都会放假庆贺，“不会放假的，还有别的项目在做啊。”下午1：00回到办公室，又开始电脑前的工作。
让记者很感慨的是，这些支撑着中国航天工程的年轻人都有着一种信念，也许工资不如在外企的同学高，也许待遇不如在机关的朋友好，甚至他们工作的环境也算不上第一流，但是这些年轻人对于航天工程的热情和执著，却是让记者非常感动的。尤其是在太空计算机开发没有现成可以借鉴的情况下，完全是靠着我们中国航天人自己的探索和决心去一步一步克服困难，完成了一个又一个难关的攻克，最终开发出能够让神舟飞船上天并与天宫一号对接的太空计算机系统，完成了一次中国航天事业的腾飞。
薛英民向《电脑报》提供了宝贵的研发工作照，《电脑报》读者得以第一时间看到这些幕后英雄。
我们分享这份成功的秘密，期待的是更棒的空间计算机研制成功，把更多中国人的太空梦想变成现实，推动中国由航天大国向航天强国更快迈进。
