Starlink：我們已經(jīng)向太空發(fā)射了 36000 臺(tái) Linux 計(jì)算機(jī)，未來幾年至少將達(dá)到 200 萬臺(tái)。

北京時(shí)間 6 月 13 日 17:21，SpaceX 使用獵鷹 9 火箭將 58 顆 Starlink 衛(wèi)星和 3 枚 SkySats 衛(wèi)星送入了軌道。

太陽光下的 SpaceX 火箭升空羽流圖

北京時(shí)間 6 月 4 日上午 9 點(diǎn) 25，Starlink” 星鏈計(jì)劃 ” 剛完成了第八次衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。緊接著，又于 6 月 13 日進(jìn)行了第九次衛(wèi)星發(fā)射。

這次發(fā)射沒有按照常規(guī)發(fā)射 60 顆 Starlink 衛(wèi)星，而是混裝了 3 顆 SkySat 衛(wèi)星和 58 顆 Starlink 衛(wèi)星。SpaceX 在升空后約 13 分鐘部署了 SkySat 衛(wèi)星，然后在升空后約 39 分鐘部署了 58 顆 Starlink 衛(wèi)星。隨后助推器安全返回到海面回收點(diǎn)。

近地軌道上的 58 顆 Starlink 衛(wèi)星

原計(jì)劃每月一次的發(fā)射任務(wù)，這個(gè)月變成了兩次。SpaceX 之所以這么著急地發(fā)衛(wèi)星，可能是因?yàn)榭湎碌暮？谝狡诹?mdash;—今年 4 月馬斯克曾在社交媒體稱星鏈版衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將在 3 個(gè)月內(nèi)進(jìn)行私人內(nèi)測，即在今年 7 月開始提供私人 Beta 版服務(wù)。

SpaceX 在上周剛剛利用一枚重復(fù)使用的獵鷹 9 號火箭向太空中發(fā)射了 60 顆星鏈衛(wèi)星，加上這周發(fā)射的 58 顆，星鏈計(jì)劃的總體在軌衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到 540 顆左右。根據(jù)預(yù)期，當(dāng)衛(wèi)星總量達(dá)到 800 顆時(shí)，即可在全美實(shí)現(xiàn)基本網(wǎng)絡(luò)覆蓋。最終，成千上萬的 Starlink 衛(wèi)星可以為全世界數(shù)十億人提供始終在線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。

相當(dāng)于發(fā)射了一個(gè)小型

SpaceX 運(yùn)行的這些 Starlink 衛(wèi)星，類似于數(shù)據(jù)中心里眾多的服務(wù)器，每發(fā)射 60 顆衛(wèi)星，就包含 4000 多臺(tái) Linux 計(jì)算機(jī)。按照這樣的計(jì)算方式，當(dāng)前在軌衛(wèi)星約 540 顆，SpaceX 總共已經(jīng)向星鏈體系發(fā)射出 36000 臺(tái) Linux 計(jì)算機(jī)。SpaceX 公司星鏈軟件主管 Matt Monson 表示，這些設(shè)備的功能類似于基于 Linux 的服務(wù)器，” 對于 Starlink，我們需要衛(wèi)星像數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器，而不是像某種特殊的交通工具。”

SpaceX 計(jì)劃在北半球夏季結(jié)束之前，推出星鏈網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的公測版本，美國政府也批準(zhǔn)其在美國本土部署 100 萬個(gè)最終用戶終端。

現(xiàn)在，馬斯克的 1.2 萬顆星鏈衛(wèi)星計(jì)劃已經(jīng)發(fā)射到第九批，另外 3 萬顆，還在向美國通信委員會(huì) FCC 申請中。假定第二代衛(wèi)星搭載同等數(shù)量的 Linux 計(jì)算機(jī)，SpaceX 相當(dāng)于在未來幾年會(huì)將至少 200 萬臺(tái) Linux 計(jì)算機(jī)送入太空。

目前 Starlink 每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已經(jīng)超過 5TB。為了減少向地面?zhèn)鬏敽痛鎯?chǔ)數(shù)據(jù)的壓力，解決思路就是盡可能讓衛(wèi)星在軌道上完成問題的檢測。

整個(gè) Starlink 寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營也類似于維護(hù)數(shù)據(jù)中心里的服務(wù)器集群，該集群也會(huì)頻繁更新軟件，以解決諸如性能和安全性等問題。Matt Monson 在 Reddit 論壇的答疑（AMA）里說，” 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需要大量軟件才能使其正常工作 “。

Starlink 團(tuán)隊(duì)表示這些在軌衛(wèi)星曾不止一次地出現(xiàn)從未有過的故障，好在衛(wèi)星本身能夠保證自己的安全飛行，使團(tuán)隊(duì)有足夠的時(shí)間對在軌衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)試，找到修復(fù)方法，同時(shí)在軟件更新當(dāng)中不斷修復(fù)問題。通常情況下，在軌衛(wèi)星的軟件大約每周更新一次，而地面系統(tǒng)則每周更新兩次或更多次。他說：” 軟件上的小改進(jìn)會(huì)對我們提供的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)人數(shù)產(chǎn)生巨大影響。”

” 而且星鏈計(jì)劃與獵鷹 / 龍項(xiàng)目共享有大量 Linux 平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)，因此后兩者也從長達(dá) 180 多單位 – 年的星鏈在線測試中獲得了巨大助益。”

共享的基礎(chǔ)架構(gòu)

載人龍飛船軟件設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人 Sulkin 透露稱，這些 Linux 計(jì)算機(jī)上運(yùn)行有 PREEMPT_RT 補(bǔ)丁程序。這款補(bǔ)丁由紅帽工程師研發(fā)而成，旨在將 Linux 轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

Sulkin 還指出，SpaceX 方面并未使用第三方 Linux 發(fā)行版，而且他們使用的版本中包含多款定制化驅(qū)動(dòng)程序，用于實(shí)現(xiàn)硬件交互并構(gòu)建起分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

順帶一提，SpaceX 公司的龍飛船同樣運(yùn)行 Linux 系統(tǒng)并使用由 C++ 編寫的飛行軟件，飛船的觸摸屏界面則使用 Chromium 與 JavaScript 渲染而成。Hnaide 指出，該團(tuán)隊(duì)還為 Chromium 界面設(shè)計(jì)了一套內(nèi)部反應(yīng)庫。此外，NASA 宇航員 Behnken 與 Hurley 所使用的這套界面，也與星鏈衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)行了部分交叉開發(fā)。

Starlink 軟件主管 Monson 表示，” 機(jī)組人員使用的顯示技術(shù)（尤其是地圖與警報(bào)機(jī)制），正是我們首批星鏈衛(wèi)星（Tintin）上用戶界面的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。”

Tintin A 與 B 是 SpaceX 公司于 2018 年 2 月利用獵鷹 9 號火箭送入地球軌道的兩顆測試性星鏈衛(wèi)星。” 在此之后，發(fā)射的體量開始快速增加。特別是看到 Bob 和 Doug 能用上我們所熟悉的開發(fā)成果，這種感覺太棒了。”

SpaceX 公司表示，如果各位在校學(xué)生打算未來加入他們，首先需要高度重視對 Linux 專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

” 要加入 SpaceX，首先得拿到計(jì)算機(jī)科學(xué)或者相關(guān)專業(yè)的學(xué)位。大家應(yīng)該多花時(shí)間保證自己確切理解事物的工作原理——在 SpaceX，最出色的工程師一定要對代碼的工作方式、網(wǎng)絡(luò)的工作方式、Linux 的工作方式以及硬件的工作方式擁有一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。另外，大家也可以通過業(yè)余項(xiàng)目或者 SpaceX 實(shí)習(xí)職位來體驗(yàn)如何構(gòu)建事物、解決難題。”

安全性是難題

隨著星鏈衛(wèi)星寬帶服務(wù)在未來幾個(gè)月逐步由測試階段過渡至運(yùn)營階段，安全性將成為 SpaceX 面臨的一大關(guān)鍵難題。

Moran 分享了工程師們目前正在著手解決的具體問題，包括衛(wèi)星、網(wǎng)關(guān)、本地 “UFO-on-a-stick” 終端等等。Moran 在答疑里寫道，” 我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)會(huì)對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端加密，因此即使成功入侵衛(wèi)星或網(wǎng)關(guān)，攻擊者也無法攔截到其中的通信內(nèi)容。我們系統(tǒng)中的所有硬件，包括衛(wèi)星、網(wǎng)關(guān)、用戶終端等，都只允許運(yùn)行經(jīng)過我們簽名的軟件，因此即使攻擊者強(qiáng)行闖入，也無法獲得持久的駐留點(diǎn)。”

如果衛(wèi)星與地面失去聯(lián)系，則將其編程為進(jìn)入高阻力狀態(tài)，從而墜入大氣層銷毀。為了確保此類問題不會(huì)影響最終用戶，該網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)為多個(gè)衛(wèi)星為單個(gè)用戶提供服務(wù)的形式，以提供更多的容錯(cuò)能力。

” 此外，我們還強(qiáng)化了系統(tǒng)內(nèi)部，包括地面數(shù)據(jù)中心服務(wù)，使攻擊者難以利用某一區(qū)域內(nèi)的漏洞入侵其他區(qū)域。我們將繼續(xù)努力，保證整體系統(tǒng)得到嚴(yán)密加固。雖然目前我們還有很多其他工作要處理（包括招聘新員工），但安全一直是我們非常重視的核心方向。”

未能使用機(jī)器學(xué)習(xí)

雖然科技行業(yè)正在利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)全面推進(jìn)自動(dòng)化，但 SpaceX 的龍飛船與獵鷹火箭還沒有用到這一強(qiáng)力武器。Starlink 團(tuán)隊(duì)表示，” 龍飛船與獵鷹火箭并沒有用到機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，但未來 SpaceX 也許會(huì)逐步引入這方面技術(shù)。”

SpaceX 的工程師們并沒有透露他們在航天器上具體使用哪種計(jì)算硬件（包括 CPU 與 GPU 型號），但據(jù)猜測，這些計(jì)算機(jī)的性能恐怕不足以支持機(jī)器學(xué)習(xí)類應(yīng)用。

這就不得不提到航天器的計(jì)算硬件問題。事實(shí)上，包括火箭、飛船等在內(nèi)的航天器配備的 CPU 和市面上最新的 CPU 產(chǎn)品通常相去甚遠(yuǎn)。因?yàn)樵谔窄h(huán)境下工作的 CPU 必須經(jīng)過抗輻射處理，否則太空中的電離輻射和宇宙射線會(huì)讓 CPU 工作異常。而為太空飛行定制的處理器除了需要經(jīng)過特別的設(shè)計(jì)，還需要經(jīng)過更多年的測試才能最終獲得太空飛行的認(rèn)證。

這些為上天定制的 CPU 從試驗(yàn)到最終的發(fā)射可能需要經(jīng)過十年以上的時(shí)間，導(dǎo)致最終搭載的 CPU 可能是十年前的產(chǎn)品。國際空間站目前仍使用著 1988 年出品的老式 20 MHz 英特爾 80386SX CPU，這種芯片進(jìn)行了專門的強(qiáng)化以抵御太空中宇宙射線的轟擊。