電腦能不能在真空環境下運行?


這個問題很有意思!先給出答案:一般的普通電腦是無法在真空中長時間運行的,但特殊的電腦是可以的。


電腦不能在真空下運行,空間站和航天器上的電腦是如何運行的?


我們知道電腦本身的原理是其實就是許多電子元件組成的機器!所以在原理上電腦本身是可以在真空中工作的。


但是,一些器件和環境限制了普通的電腦是無法在真空中運行的。


例如:硬盤需要空氣動力,而除了氦盤以外皆非密封,空氣跑光了磁頭就無法維持高度了,所以硬盤就是關鍵的點。還有沒有空氣對流,真空中散熱只能靠輻射,效率奇低無比,你需要專門設計一個巨大的散熱片來散熱。而且需要仔細計算散熱能力和發熱量,確保電腦不會過熱。


電腦在運行的過程中,各個部件都會產生熱量,特別是CPU和顯卡這些發熱大戶,如果無法及時散熱,它們很快就會損毀。而散熱的方式只有三種,即傳導、對流和輻射,很顯然,在真空環境下,要想散熱只能依靠輻射,而輻射散熱速度極慢,根本無法滿足電腦的散熱需求,這才是電腦無法在真空環境下運行的最根本原因。


有的人可能會罵小編不知道水冷,這種人才真的只是知道名詞的人,在大氣環境中,水冷只是將熱量傳導至擁有更大散熱面積的冷排上,再用風扇將熱量傳導至環境中。在真空環境下,你沒有空氣,熱量最終無法傳遞出去,所以最終的結果就是—水燒開了!


那空間站上的電腦是如何運行的?


既然普通電腦在真空中無法運行,那么空間站中的電腦是如何解決這一問題的呢?


其實在國際空間站中電子設備產生的熱,大部分最終要扔到Radiator(散熱器)上散發出去,也就是輻射了。不僅僅如此在空間站上還需要液氮和水來輔助散熱。


電腦不能在真空下運行,空間站和航天器上的電腦是如何運行的?


不僅僅需要從散熱考慮,宇航所采用的材料基本都是高導熱材質,所以宇航電子設備在設計的時候散熱就是重要考量。BAE的RAD750系列(宇航版PowerPC750)連CPU帶主板的功耗只有10W,肯定不是沒有道理的。


航天器上的電腦設備是怎么運行的?


既然電腦無法在真空中運行,那么航天器上裝備的電腦設備又是怎么回事呢?


普通的電腦的確無法在真空環境下運行,但是特殊的電腦就不同了。首先,航天器上的電腦功耗是非常低的。以美國好奇號火星探測器為例,它上面裝載的RAD750宇航級芯片,其運算速度僅為每秒2.6億次指令集,這個速度只是略微超過了英特爾在上世紀八十年代末上市的80486處理器。


RAD750如此之慢的運算速度所帶來的最大好處就是功耗低,算上其搭配使用的主板,總功耗都不超過10W。


電腦不能在真空下運行,空間站和航天器上的電腦是如何運行的?


一方面是降低功耗,另一方面則是加強散熱,以國際空間站為例,為了能夠讓空間站內的各種電子設備順利散熱,它裝備了6條巨大的散熱片,從外觀上就可以一目了然地看到,此外還配備了液氮和水冷來輔助散熱。


當然,對于在太空中運行的電腦而言,除了要考慮真空環境之外,更為重要的是要考慮防輻射的問題。


宇宙中充斥著各種高能輻射,而這些輻射會給電腦的運行帶來巨大的干擾,普通的民用芯片肯定是用不了,必須要使用抗輻射加固芯片,而這種宇航級芯片制造過程復雜、成本極其高昂,比如上面提到的RAD750就是其中之一,而現在我們也已經有了自主研發的龍芯CPU,在運算速度上已經十分接近RAD750了,而且成本要低廉很多。



文章來源: 科學認識論,科學信仰

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