卫星上天：智能手机可担大任

　　你设想过人造卫星的一举一动是由一台智能手机控制的吗？如今，这已是现实。

　　两年前，人类探索与遥控机器人项目（简称HET）打造了三台原型机，它们都采用运行Android系统的Nexus S手机作为计算中枢。虽然名为卫星，但这些SPHERES并不是传统意义上的卫星，目前它们仍处于测试阶段，主要任务是检查遥控摄像头、高延迟控制装置并测量空间站环境的声音及辐射水平。

　　从更宏观的角度来讲，这些Android手机将帮助HET项目测试空间站的传感及建模系统，这样机器人才能顺利成为空间站日常运作中的组成部分。总体而言，太空探索目前仍然需要由人工操控，但在Nexus S手机的驱动下，这些独立卫星将能够自主导航并完成一些相对简单的任务。这样一来，人工团队就能更加专注于处理来自地球的更高级的指令。目前国际空间站中已经有两台Nexus S智能手机处于服役状态。

　　当然在手机进太空之前，经历了一系列的改造。因为除非通过新的运载工具为国际空间站输送零配件，否则在太空中对SPHERES进行硬件升级是根本不可能的，甚至在太空环境下为Android系统安装一些简单的软件补丁都很难实现。因此技术团队花了相当长一段时间摆弄这台手机，以确保它能适应太空的种种挑战，其中包括一些硬件修改以及对太空加速计的精准调校。

　　为什么会选择Nexus S？

　　美国航空航天局艾姆斯研究中心中以Nexus S为计算中枢的SPHERES卫星。

　　SPHERES诞生于2006年，最初由麻省理工学院负责设计，旨在为国际空间站提供专门进行飞行信息及空间运行测试的可升级装置。该项目的初衷是为实验性软件提供服务，但HET SmartSPHERES提出的功能理念很快超出了卫星中陈旧处理器的计算能力。“通过与智能手机对接，我们马上就让SPHERES在智能化的道路上实现了飞跃。在智能手机的帮助下，SPHERES拥有能够拍照和摄像的内置摄像头、执行检查工作所必需的传感器、强大的运算单元以及将采集数据实时传送至空间站并进行任务控制的Wi-Fi机制，” 航空航天局艾姆斯研究中心智能机器人小组首席工程师DW Wheeler讲到。

　　该小组组长Mark Micire解释道，选择Nexus S是因为其更容易拆卸，基本上只要拧开螺丝即可，Nexus S拥有六颗明显的外部螺丝，因此非常容易拆开。另外，三星公司还为Nexus S配备了独立式电路板，因此研究人员能够轻松地搞清手机中的各个部件所负责的功能。

　　Nexus S太空大改造

　　想让该手机按自己的思路运转相当困难，其中最大的难点在于弄清各部分组件所负责的功能。“当我们拿到产品时，必须从零开始进行逆向工程，”Micire说。“尤其是在手机领域，手机制造商经常不按常理出牌，随意排布内部的各个组件。”

　　在空间站的特殊环境下，这台Nexus S必须设定为永久飞行模式后才能飞往太空，且无法采取软件修改方案。“我们坐飞机的时候，乘务人员会提醒我们把手机调成飞行模式，因为信号的发送与接收干扰航空电子设备。国际空间站中的设备同样存在这样的问题，不同之处在于我们必须以硬件开关的形式进行调整，”Micire补充道。幸好在手机实验之前，iFixit网站公布了Nexus S的拆卸说明。Micire和他的团队能够利用这些高分辨率照片与手中的设备相比对，学习禁用哪块芯片才能正确阻断手机的通话功能。那段时间他们一直在线等待信息更新，并且准备了两台手机以备不时之需。“我们几乎把第一台手机彻底毁了，才在第二台手机上找到了正确的芯片，”Micire回忆道。“也就是TXRX放大器。”

　　捆绑在Nexus S上的电池组

　　除了信号干扰问题，Micire和他的团队还需要找到不使用锂离子电池而为手机持续供能的方法。“我们很早以前就得到通知，要想在空间站中使用锂离子电池，其续航能力必须超过两年，”他解释道。

　　最终他们决定以碱性电池作为解决方案，因为它们虽然弱却“更理想”。比起容易爆炸、着火的锂离子电池，碱性电池更易于存储（虽然有可能泄漏电解液，但相对来说更安全也更易处理）。智能机器人小组的工作人员为Nexus S专门开发了一款电池包，能够以六节AA电池替代原本的锂离子电池。这套电池包被包裹在毡质材料当中，一方面能够快速吸收可能泄露出的电解液、另一方面也能与黏性粘扣一起将其牢牢固定在SPHERES身上。

　　手机芯片与电池包还不是需要改动的全部。如果Nexus手机的玻璃触控屏在太空中出现破损，那么失重会使碎玻璃长时间滞留在空中并带来危险。比起在地球上扎伤脚底的危险系数，太空里的碎玻璃很可能被宇航员直接吸入肺中，这可不是闹着玩的。

　　在思考解决方案的过程中，小组成员发现可以利用特氟龙胶带覆盖Nexus S底板，这样既保护了手机自身、又足以粘附并容纳任何破碎的残片。“在太空环境中，我们会遇到很多在地球上根本不存在的难题，为了解决它们我们需要进行大量实验并制订出新的技术要求，”Micire说。“我从没想过碎玻璃会跟呼吸扯上关系。”

　　在各类设备当中，最难搞定却又直接关系到项目启动及正常运转的关键因素就是驱动程序。使用Nexus系列手机给团队免去了很多麻烦，其中最值得一提的就是研究人员不必为了OEM制造商的定制设置而烦恼。“在Nexus系列手机中，我们面对的都是Android开源发行版的源代码库，这一点在其它一些Android平台上是无法实现的，”Micire强调道。他还解释称，如果系统不是“纯粹”的Android平台，那么技术团队根本无法解决手机的驱动程序问题。

　　其中难题之一在于如何让手机与国际空间站中的计算机服务相同步。目前空间站中使用的ThinkPad T61p笔记本，搭载Windows XP SP3操作系统，一旦把Nexus S接入电脑，Windows系统会提示用户插入驱动盘，而由于时间有限，工作人员很难及时获得官方驱动支持。Micire和他的团队为此编写了一个应用程序，能让手机在接入USB线缆时直接切换至大容量存储模式。“我们发现手机以大容量存储模式接入时，电脑不会提示用户安装驱动程序，”Micire表示。“而在其它手机上，我们根本无法制作自己的固件版本。”

　　在Nexus S真正发射升空之前，工作人员还有一系列失重环境下的测试任务要完成，包括陀螺仪、加速计以及3D罗盘元件的性能等等。

　　未来还能做什么？

　　该项目自2010年开始，进展相当迅速，仅用了6个月就解决了软硬件方面的技术难题。Micire不无自豪地指出。“通常情况下，任何打算送入空间站的硬件项目都要耗时1到2年。”科研团队之所以能在这么短的周期内设计并摸索出项目解决方案，主要是因为他们直接利用了很多已经被内置在手机中的机制。

　　Nexus S手机让SPHERES的“换脑”流程不再单调乏味，而是充满了兴奋点。有趣的是，美国航空航天局的艾姆斯研究中心虽然与谷歌公司总部相距不远（仅相隔三英里），但智能机器人小组的成员们还是得自己跑出去购买手机。“我们之所以选择了Android设备并获得今天的成功，主要是因为谷歌与我们之间的这种地缘友谊，”Micire指出。“无论于公于私，我们早已与谷歌建立了良好的合作关系。”

　　智能机器人小组如今正在尝试利用两台Nexus 4手机打造下一代Smart SPHERES。Micire还提到，目前人类探索及遥控机器人项目已经与多家手机制造商培养起潜在的开发合作关系，但他没有确切透露是哪些公司。

　　该项目的成功也证明了Android系统在智能手机之外大显身手的可能。“选择Android平台是我们决策上的巨大胜利，因为要想在苹果的产品上拆除锂离子电池并替换成碱性电池肯定要困难得多……更不用说让iPhone在不安装驱动程序的前提下与Windows XP顺利对接了，”Micire解释道。

　　运河平 译