在太空中漫游19小时之后，载有两名美国宇航员的 SpaceX 龙飞船和国际空间站在北京时间上周日深夜成功对接。
对接两个多小时后，龙飞船的舱门顺利打开，宇航员正式进入国际空间站，标记住人类首次商业载人航天义务的发射部门，顺利告一段落。
在观察火箭发射直播后，多少人把目光投到了龙飞船上。它是这样一个多种复杂系统的鸠合体，但在看客的眼中，它重度行使了触摸屏，就像 SpaceX 创始人马斯克的另一家公司特斯拉所斥地的电动汽车那样，简练、现代，随意上手。
有人恶作剧说，往后连通俗人都可以轻松驾驶宇宙飞船了。
然则事实真的如斯吗？
采用了触屏、显著削减按钮数量，是否必然意味着飞船驾驶起来加倍简练？
职业生涯一贯在跟按钮打交道的职业宇航员，为何会甘心接管这种设计？
万一触屏坏了该怎么办？
这里有一些鲜为人所关注的手艺细节，或许可以匡助你更周全和准确熟悉猎鹰9号火箭、龙飞船，以及宇航员是怎么和它互动的。
事实，航天航行义务能够顺利进行的每一个措施，每一个细节，以及当展现意外状况时的拯救和逃逸法子，都需要极其复杂的系统来保障。
“三贤者”自动驾驶系统
这么说或许会强化人们对于把握简练的曲解，不过事实是：整个龙飞船，加上猎鹰9号火箭，正本就可以“自动驾驶”。
当然，这里的“自动驾驶”，并不是说火箭和飞船完全不需要人的治理、能够自己完成悉数的把握。
休斯顿义务把握中心的 NASA 工作人员将协调整个发射工作，负责发射义务全过程中的每一个首要决意；加州霍桑 SpaceX 总部的支援团队将会实时读取火箭和飞船的数据，合营 NASA 的决意，对载具发出各类关键指令。
同时，宇航员也要按照义务手册，按措施执行预先设定好的把握。当然，他们也可以完全撒手不管，交给自动系统和地面把握人员，但事实这是一次载人试飞义务，宇航员的职责之一，就是在飞船上亲手完成一系列把握，比如速度改变、轨道升降、姿态调整等等。
若是是无人义务，就像龙飞船之前执飞的国际空间站补货义务那样，一些把握完万能够由地面上的 SpaceX 工作人员遥控完成。
现在我们知道了飞船可以人工驾驶，然则在航行过程中，并非所有的把握都需要手动完成——此时，就要用到机载的飞控电脑系统了。
这套电脑系统事实具体是若何工作的呢？
2016年，时任 SpaceX 软件工程副总裁的 Jinnah Hosein 在一个大会上演讲时，提到了多少关于猎鹰9号/龙飞船电脑系统的细节。个中最有趣的一个关键词，就是三重冗余 (triple redundancy)
三重冗余是角力机科学领域常见的一种容错设计，为了更随意懂得它，可以参考在现象级动画作品《新世纪福音战士》中高频率展现的 Magi 超级电脑。
Magi 由三个超级角力机组成，针对统一个问题拜别得出三个沟通或不合的事实，整个 Magi 的抉择系统是由模块投票决意的。一般问题少数遵守多数，稀奇问题则采用一票否决。
清扫文艺作品里夸张的示意，Magi 的机制理念，其实和 SpaceX 的飞控系统，以及实际世界里的各类三重冗余系统颇有几分神似。
凭证 Hosein 透露的景遇，猎鹰9号和龙飞船采用的是双核 x86 处理器，三枚一组，也即火箭的一级上有一组，二级上有一组，龙飞船上也会有一组。
每枚处理器会搭配对应的遥测组件、传感器、数据输入和输出组件等等。每枚处理器的两个核心都可以对收到的数据进行自力的角力，生成自力的指令。这里为了随意懂得，我们称这三枚处理器为甲。
与此同时，甲类处理器生成的指令会发到飞船的器件上，而每个器件都邑有一枚自力的处理器，我们称其为乙。这些处理器会负责对三个指令进行投票，选出一个事实执行。
对于甲类处理器，若是两个核心算出沟通的事实，处理器就会发出指令；同理，若是两个核心事实不一样，这枚处理器就不会输出指令。
三枚甲类处理器运行的是同样的软件，接到的是沟通的数据，角力的体式也是一样的。是以在幻想状况下，它们输出的指令应该沟通。
然则在航天航行中，空间辐射的影响无法清扫（比如传感器损坏、处理器角力周期延迟等），难免展现 Hosein 所说的“不合步”现象，也即一枚处理器（下图中的 C）输出和此外处理器不合的指令。
当一枚处理器不合步，乙类处理器会对收到的三个指令进行多数表决。
此外两种极端景遇是，若是 A、B、C 返回的是三个完全不合的指令呢？或许 C 内部没杀青一致，只有 A 和 B 输出了指令呢？此时，飞控系统的逻辑是相信上一次角力正确的那枚处理器。
这个设计，对于 SpaceX 僵持的 two-fault tolerance 策略尤为关键。它的意思是整个系统可以在至多随意两个器件展现错误时仍能正常运转。是以，就算展现另一种极端景遇，也即处理器 C 不合步了，B 完全失灵了，飞控系统也可以持续采用 A 的事实。
（当然，若是不巧 A 也挂了，那就超出 two-fault 的范畴了。届时若是整个义务没有迅速溃逃的话，宇航员将不得不接管更大局限的操控，按照演习经验和预演的措施，持续完成义务或许马上返回地球。）
这也是 SpaceX 面临的情形和一般的软件斥地不一样之处所在。在软件行业里人们常日在项目总结时候本事事后检讨 (postmortem)，这也形成了像 Facebook "move fast, break things" 这样的文化。而 SpaceX 一贯以来的使命是把人送到月球、火星甚至更远的目的地，他们的约束更高，责任更大，任何错误的恶果来的更严重、更直接。
Hosein 透露所有处理器上运行的都是 Linux 实例，共享 codebase，采用的是 C++ 说话，在 LabVIEW 情形下斥地——形象来讲，整个火箭加上飞船上运行着一套小型的 Linux 角力集群。
此外，在长达数年的地面传授过程中，SpaceX 设计的模拟系统可以接入到这套飞控系统，也可以凭证需要插入错误。也就是说，宇航员的演习实际上是在一个最洪水平接近实际航行的过程中进行的。
而且凭证前述，你可以看到其实整套飞控系统在角力机能上要求并不算高，不需要很强很重的硬件（航天语境下，每多一丁点载荷或许就意味着五六位数美元甚至更高的额外成本），所以模拟可以在一台电脑上完成。
事实上，SpaceX 的多少测试工作是在“桌面火箭”上完成的，顾名思义就是可以把火箭上所有的电脑、把握器等器件放在桌子，可以不用连结真的火箭（发射直播的时候作者还曾开过玩笑，SpaceX 总部的把握中心看起来就像一帮轨范员在搞封闭斥地。）
在斥地层面，SpaceX 采用的也是工程师们熟悉的持续集成 (CI) 理念，甚至可以凭证模拟测试的事实，把新代码和设置天天参预到生产情形（也就是真要上天的飞船）里。这种斥地体式能够缩短斥地测试发布的周期，显著提高了 SpaceX 的效率。
关于触屏
熟悉了整个发射义务的把握流程和飞控系统的工作逻辑之后，我们再来讨论触屏这件事。
凭证宇航员之前接管采访透露的景遇，采用触屏是 SpaceX 和宇航员、NASA 之间讨论的事实，最终决意是 SpaceX 作出的。
其实，触屏对于这一次义务来说并非成败的关键。这两名宇航员都有着多年美军各部门试飞员经验，至少20年的 NASA 宇航员演习经验，上太空也不止一次了。因为在龙飞船之前美国宇航员需要借助俄罗斯火箭上天，好多宇航员对联盟号飞船也十分熟悉。
换句话来说，恰是因为他们有着远超常人可以想象的经验，用不用触屏都没有太大的关系。
重点在于他们具备这些经验。如你所见，尽管龙飞船的自动化水平已经是今朝航天的尖端水平，在弗成避免的灾难到来时，他们仍然可以借助演习经验来接管飞船，持续完成义务或许中止义务返回地球。
事实龙飞船不是特斯拉，NASA 和 SpaceX 也不是驾校。触屏切实让人们对未来的太空旅行更有决心，但至少在现阶段，它的展现并不虞味着飞船驾驶像多少人想象的那般简练。
关于龙飞船极简的把握界面，有一张对比图广为撒布，人们看到它无不盛赞 SpaceX 的手艺之提高，可以隐去成百上千个按钮，给宇航员一张看起来十分简练的把握界面：
龙飞船很提高这没错，但这张图也切实在人们的脑海里造成了一些误区。
一个最直接的误区就是，龙飞船和航天飞机（太空梭 space shuttle）其实没有可比性。
航天飞机体型显著更大，运载能力更强，有着更复杂多样的功能。比如，当运行在地球上空600千米摆布轨道上的哈勃千里镜需要补缀维护时，就需要航天飞机上去，用舱内的机械臂抓住它，然后再由全副武装的宇航员进行把握。航天飞机上的按钮必然会更多。
而龙飞船只是地球到太空的交通对象，它本身就没有被设计更多的功能，再加上加倍周全的自动化飞控系统，按钮只会比航天飞机少得多。响应地，用触屏来庖代按钮和开关，去掉用户界面的杂沓，降低宇航员的压力，是更相符直觉的设计。
虽然触屏一路头不习惯，两位宇航员并没有否认它的提高性。Behnken 透露，对于他们这一辈习惯了60年月按钮和开关的宇航员来说，触屏这样的现代界面令他们感应很兴奋。” Hurley 也透露，“触屏是航天载具的未来。”
使用触屏切实有一些长处，最直接的就是触屏把握加倍直观了。
按钮和开关太多的一个不完美之处，就是把握和反馈在视觉上的异步。举个例子来说，若是在老机型长进行某个把握，对应的按钮或许在宇航员的左手边，而按下按钮反馈的究竟或许需要在头顶的屏幕上才能浮现。
而经由 Chromium 内核和 JavaScript 斥地的 SpaceX 触控图形界面，在屏幕上按下虚拟按钮后，对应的把握事实可以直接在画面上施展。
一些“云宇航员”喜欢说按下按钮、拨动开关有触感反馈，触屏做不到，但实际上能够在触控图形界面上看到反馈事实，触感不触感的，就显得没那么首要了。
而且，本次义务的龙飞船使用了三块屏幕，上面供给了充足多的信息，包括并不限于当前的高度、速度、按照手册需要执行的下一个措施的信息、地面追踪站和卫星的笼盖景遇、接下来和地面/空间站沟通的窗口持续时间等等，让宇航员一览无遗。这块屏幕既能浮现状况，又是他们的航行手册，集多功能于一身。
此外，因为老式机型的按钮实在太多，分布在宇航员的四面八方，坐在座位上是碰不到的多少按钮。在俄罗斯联盟号飞船和美国的太空梭上，坐在某些位置上的宇航员都要用到一根（并没有很稀奇的）棍子去按按钮：
而龙飞船的把握界面，宇航员只需要小幅度的手臂运动就可以完成所有的把握。
并且，触控图形界面也包含在 two-fault tolerant 的容错范畴之内。更别提这个把握界面也不是只有触屏，还有两个手动接管的旋钮，以及几十个各类按钮和开关，低调放在屏幕的下方。
事实上，所有最手册上的关键把握，包括手动接管、飞船脱离火箭、逃逸系统、开关鼻锥、舱内灭火、舱内减压等等，都可以找到对应的实体开关和按钮（虽然看起来像电容按键）。
恰是这套功能强大、设计前卫的把握系统，匡助龙飞船将两名宇航员和随行货色顺利送达国际空间站。
并且因为自动化水平较高，整个义务经由几个关键节点都比预定的时间轴要早得多，在接近空间站时切换至手动把握的测试进程也比预想要快得多。
若是你看过第二天对接时的直播或录像，或许还会记得，两名宇航员在对接成功之后已经迫在眉睫登上国际空间站，多次跟 SpaceX “发牢骚”，说“饭已经吃完了，垃圾也收完了，我们事实什么时候才能打开舱门”……
猎鹰9号和龙飞船执飞的首次商业载人航天义务在发射和对接阶段获得如斯成功，SpaceX 居功甚伟。不过当人们讨论 SpaceX 时，老是更倾向于揄扬它的创始人有多么高瞻远瞩。
这固然首要，但进展看过本文之后，你能对 SpaceX 的手艺力量和实现体式获得加倍周全的熟悉。也迎接用留言分享关于 SpaceX 你熟悉的更多手艺细节。
（注：本文内容首要来自公开资料和此外人士清算的靠得住事实，文末有参考链接。）
参考资料：
Engineer the Future by Jinnah Hosein, SpaceX https://www.usenix.org/conference/lisa16/conference-program/presentation/hosein
SpaceX DM 2 Crew News Conference - May 1, 2020 by NASA https://www.youtube.com/watch?v=Uab-trHm9ms
Inside SpaceX’s Crew Dragon Capsule and HQ!!! by Everyday Astronaut https://www.youtube.com/watch?v=4cqJLUB2e2w
注：本作品著作权归PingWest品玩/硅星人独家所有，授权深圳市腾讯角力机系统有限公司独家享有信息收集撒布权，任何第三方未经授权，不得转载。
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