https://www.universetoday.com/articles/nasas-top-5-technical-challenges-countdown-3-better-computers
自阿波羅計畫以來，計算機一直是太空探索不可或缺的神經中樞。它們操控著火箭升空、導引太空船穿越真空、處理來自遙遠星球的珍貴數據，甚至在緊急時刻做出關鍵判斷。然而，隨著我們對宇宙的好奇心驅使探索的足跡越走越遠，從近地軌道邁向月球、火星，乃至於更為遙遠的行星與星系，現有的太空計算機技術正遭遇前所未有的挑戰。這不僅是追求「更快」或「更小」的迭代升級，而是在極端環境下，對計算能力、可靠性、效率以及自主性的全面苛求，成為 NASA 推動未來深空任務時，必須克服的關鍵技術瓶頸之一。
太空環境對任何電子設備而言都是嚴酷的考驗。最顯著的敵人便是宇宙射線與高能粒子。這些無形的轟擊能夠輕易地穿透太空船外殼，撞擊積體電路，導致所謂的「單粒子事件」（Single Event Effects, SEE），輕則讓記憶體中的一個位元翻轉（bit flip），造成數據錯誤，重則直接損壞晶片功能，引發系統當機甚至永久性故障。想像一下，如果這種情況發生在太空船進行關鍵機動或收集重要數據時，後果將不堪設想。現有的解決方案是使用經過「輻射硬化」（radiation hardening）處理的特殊晶片，這些晶片通常採用較舊、較成熟的製程技術，結構更為粗大，對輻射有更高的耐受度。然而，這也意味著它們在處理速度、功耗和體積上遠遠落後於地面的消費級或企業級計算機。這是一個兩難：你需要最新的算力來處理複雜任務，但最新的算力往往對輻射最為脆弱。
除了輻射，極端的溫度變化、劇烈的振動、以及極低的功耗預算也是太空計算機必須面對的現實。但或許更深層的挑戰，來自於通訊的延遲。當太空船飛往火星甚至更遠的地方，地面的指令需要花費數分鐘甚至數小時才能抵達，同樣的回應時間也極長。這使得即時遙控成為不可能。未來的深空任務，無論是行星探測器、月球基地的運作、或是載人火星任務，都將高度依賴計算機的自主決策能力。這要求計算機不僅能執行預設程式，還需具備分析複雜環境、辨識異常狀況、規劃行動路徑、管理資源、甚至進行板載科學數據分析的能力，這需要的是強大的邊緣計算能力和一定程度的人工智慧整合，而這正是目前太空級輻射硬化晶片所難以提供的算力水平。
為了解決這些問題，NASA 和其合作夥伴正積極探索下一代的太空計算機技術。這包括研發新的輻射硬化處理器架構，這些架構在設計階段就考慮到輻射效應，並採用更先進的製程技術，在耐受輻射的同時提升運算效能。另一條重要路徑是引入異構計算（heterogeneous computing），結合不同類型的處理器，例如用於通用計算的 CPU、用於數據處理和加速 AI 運算的 GPU 或 FPGA，以及專門用於錯誤修正和監控的硬體。此外，神經形態計算（neuromorphic computing），即模仿人腦結構進行運算的晶片，也因其低功耗和處理複雜模式識別任務的潛力，被視為未來太空自主系統的有力候補。軟體層面的創新同樣關鍵，例如先進的錯誤檢測與修正演算法、能夠在硬體錯誤發生時無縫切換的容錯系統，以及用於自主導航和決策的AI演算法。
太空計算機的進步不僅僅是為了服務太空計畫。歷史經驗告訴我們，許多為了解決太空極端環境問題而開發的技術，最終都轉化為地面世界的創新。更高效能、更低功耗、更高可靠性、更耐受極端環境的計算技術，在自動駕駛、工業控制、醫療設備、甚至日常電子產品等領域都有廣闊的應用前景。NASA 在推動太空計算機發展的過程中，不僅是為人類打開探索更遙遠宇宙的大門，也在無形中為地球上的科技進步鋪設基石。這場關於「太空大腦」的攻堅戰，是衡量我們能否真正成為跨行星物種的關鍵之一。
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