火星表面的操作系统:从 VxWorks、Linux 到异构计算

2021年2月，“毅力号”火星车经历著名的“恐怖七分钟”，成功降落在火星杰泽罗陨石坑。随它一起到达火星的，还有只有一台小桌子大小的“机智号”直升机。后来人们发现，机智号使用的是 Linux，于是互联网出现了一个颇有程序员气质的笑话：火星可能成了继地球之后，又一个 Linux 电脑数量超过 Windows 电脑的星球。

不过，如果把真正控制火星探测器的计算机算进去，2021年的答案其实并不是 Linux。长期统治 NASA 火星计算机的，是一个普通电脑用户可能从来没有接触过的名字——VxWorks。

五年之后再看，这个故事已经发生了明显变化。今天再谈“火星表面的操作系统”，已经不能简单地问到底是 VxWorks、Linux 还是其他操作系统，而更应该关注一个新的趋势：高可靠实时计算机与高性能通用计算机正在火星上组合成异构计算系统。

一、VxWorks：NASA火星探测器长期使用的“老牌系统”

VxWorks 是风河公司（Wind River）的实时操作系统，也就是 RTOS。它与 Windows、macOS 或桌面 Linux 最大的区别，不是界面，而是设计目标。桌面操作系统追求吞吐量、交互体验和应用生态，而实时操作系统首先考虑的是：

某个关键任务必须在规定的时间内执行完成。

对火星探测器而言，这一点极其重要。驱动轮子、控制机械臂、管理姿态、处理通信、监控温度和电源，以及进入、下降和着陆过程中的控制任务，都不能因为后台突然出现一个高优先级应用而“卡一下”。

VxWorks 从 Mars Pathfinder 开始进入 NASA 火星任务。风河称，Pathfinder 使 VxWorks 成为第一个抵达火星的商业操作系统；之后勇气号、机遇号、好奇号、洞察号以及毅力号等 NASA 火星任务继续使用这一技术体系。好奇号例如使用 RAD750 抗辐射处理器，VxWorks 负责飞行器控制、科学数据处理以及通信等核心任务。

这里还有一个容易混淆的细节。1997年的 Pathfinder 任务包含着陆器和 Sojourner“旅居者号”小火星车，VxWorks主要运行在 Pathfinder 着陆器计算机上，不能简单地说所有早期火星车本身都运行 VxWorks。

航天领域之所以愿意几十年沿用一套看起来“不够新潮”的系统，也很好理解。对一辆价值数十亿美元、坏了以后没人能上门维修的火星车来说，软件最重要的指标不是“先进”，而是：

经过验证。

已经飞过一次火星的代码，比刚写出来但性能高十倍的代码往往更有价值。驱动程序、通信栈、故障保护机制、实时调度方式以及大量测试工具都可以继续继承，这也是 NASA/JPL 长期延续 VxWorks 技术体系的重要工程价值。

火星车搭载的嵌入式计算机系统对比

https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_embedded_computer_systems_on_board_the_Mars_rovers

二、Linux第一次真正来到火星

真正打破这种传统的是“机智号”。

机智号本来只是一个技术验证项目。NASA最初的目标并不是让它承担毅力号的关键任务，而只是证明：在只有地球大约1%大气密度的火星上，动力飞行究竟能不能实现。

因此工程师可以采用风险更高、但计算性能强得多的方案。

机智号使用的核心计算平台是：

Qualcomm Snapdragon 801＋Linux＋NASA JPL 的 F´（F Prime）飞行软件框架。

JPL 的 F´官方项目资料明确列出，Ingenuity 的硬件平台为 Qualcomm Snapdragon 801，操作系统为 Linux。需要注意，F´本身并不是操作系统，而是构建在操作系统之上的组件化飞行软件框架，用来组织通信、命令、遥测、设备管理和飞行应用。

Snapdragon 801 本来是一颗智能手机时代的商业芯片。放到地球上，它已经属于古董级产品；但放到传统航天计算机旁边，它的性能却非常惊人。

这揭示了航天计算中的一个长期矛盾：

抗辐射处理器非常可靠，但性能通常落后；商业处理器性能很强，却没有按照深空辐射环境设计。

以前 NASA 往往选择前者。机智号第一次证明，后者如果被放在一个风险可控的任务中，也可以在火星上工作得非常出色。

三、毅力号其实已经不只是一台计算机

如果只说“毅力号采用 RAD750＋VxWorks”，现在已经有些过度简化了。

NASA 官方资料显示，毅力号拥有两套相同的 Rover Compute Element，也就是 RCE A 和 RCE B。正常情况下一个工作，一个作为备份，两者都采用抗辐射 RAD750。NASA公布的每套 RCE 标准内存配置为 256 MB DRAM、2 GB Flash 和256 KB EEPROM。

此外，毅力号还有第三颗 RAD750——Vision Compute Element，VCE。它搭配 Virtex-5 FPGA（FPGA的典型应用场景），着陆期间承担 Terrain-Relative Navigation，也就是地形相对导航；着陆之后又被重新用于火星表面图像处理和自主导航。

因此，仅仅这一部分就已经可以画成：

RCE A / RCE B：RAD750＋VxWorks

VCE：RAD750＋FPGA，用于视觉计算

但故事还没有结束。

当初为了与机智号通信，毅力号内部还安装了一套 Helicopter Base Station——直升机基站，其中有另外一颗 Snapdragon 801。

机智号任务结束之后，这颗处理器并没有变成一块毫无用处的电子垃圾。JPL工程师开始把它重新开发成毅力号的高性能协处理器。

2026年JPL论文给出的对比非常有意思：毅力号核心 RAD750 运行 VxWorks 6.7，而 HBS 中的 Snapdragon 801 运行 Linux 3.8；前者是抗辐射计算机，后者则拥有4个最高约2.36 GHz的CPU核心以及GPU、DSP等计算资源。

四、一台负责“绝不能出错”，一台负责“尽量聪明”

这套架构很可能比“Linux是否打败VxWorks”更值得关注。

RAD750＋VxWorks继续处理安全关键、实时性要求高的核心任务，而 Snapdragon＋Linux 可以承担大量图像处理和高性能算法。

JPL已经用这颗 Snapdragon 运行毅力号的 Onboard Global Localization——车载全局定位算法。火星车拍摄360°导航相机图像，生成局部地形图，再与火星轨道器拍摄的高分辨率地图进行匹配，从而自己重新确定在火星上的绝对位置。该方法在264组真实火星全景数据上取得约 0.36米的定位精度，99%的结果与人工定位基准相差不到 0.93米。

但 Snapdragon 有一个严重弱点：它不是抗辐射处理器。

火星表面的高能粒子可能导致内存位翻转甚至弱存储单元。JPL在实际运行中就检测到了 HBS 内存中的异常位。因此现在采用的方法不是简单地“相信Linux计算机”，而是通过隔离、校验和、重复计算、内存测试以及最终由 RAD750 进行合理性检查等办法，把商业处理器产生错误的风险限制起来。

这实际上形成了一种非常典型的未来深空计算架构：

可靠计算机负责安全，高性能计算机负责智能。

也可以通俗地理解为，一个负责“绝不能死”，另一个负责“尽可能聪明”。

五、中国的“天问一号”和祝融号，到底运行什么操作系统？

2021年2月10日19时52分，天问一号实施近火捕获制动，正式进入环火轨道；5月15日7时18分，着陆巡视器成功降落乌托邦平原南部；5月22日10时40分，“祝融号”驶离着陆平台，正式开始火星表面巡视。

任务成功以后，麒麟软件公开披露，天问一号“全过程飞行控制以及火星表面作业的系统，由银河麒麟操作系统支撑”；央视随后也明确报道，天问一号成功着陆火星使用了麒麟操作系统。因此可以确认：银河麒麟确实进入了天问一号任务的软件体系，而并非完全没有公开资料。

但这仍然不能完全确认：“祝融号火星车运行银河麒麟。”

原因在于现有公开表述使用的是“支撑全过程飞行控制以及火星表面作业”“天问一号使用”等措辞，并没有进一步给出巡视器车载中央计算机的 CPU、Boot、内核、实时调度器以及操作系统版本之间的对应关系。

反而从后来发表的工程论文中，我们逐渐看到了祝融号车载计算架构的另一部分面貌。2025年的深空探测计算综述将祝融号描述为 CPU＋DSP＋FPGA 的异构架构，用于环境感知、导航避障和图像压缩；祝融号图像压缩系统的原始论文则明确说明，实际车载实现采用 FPGA＋DSP，并已经在火星上完成在轨验证。

因此，截至目前比较严谨的结论应该是：

银河麒麟已经被公开确认参与并支撑天问一号任务；祝融号本身采用了CPU、DSP、FPGA组成的异构车载计算体系，但其主控计算机底层操作系统的具体名称和版本，现有公开权威技术资料仍没有给出足够信息。

所以，与其猜测祝融号“很可能运行某种自研RTOS”，不如保留这个问号。

六、火星真正需要的，已经不是某一种操作系统

回过头来看，从 Pathfinder 到毅力号、从机智号到祝融号，火星计算机的发展路线其实越来越清晰。

VxWorks代表的是传统深空计算的核心价值：实时、可靠、确定性和经过长期验证。

Linux＋Snapdragon代表另一种能力：更强算力、更成熟的软件生态以及运行复杂视觉和自主算法的可能性。

祝融号公开出来的 CPU＋DSP＋FPGA 架构，则体现了另一条同样重要的路线：根据导航、视觉、数据处理等不同任务，把计算分散到不同类型的处理器上。

所以，“火星表面的操作系统”这个问题到了2026年，答案已经不应该只是：

VxWorks，还是Linux？

更值得关注的是，火星上的机器人正在逐渐变成一个完整的异构边缘计算平台。实时操作系统保证生存和安全，FPGA、DSP承担专用计算，高性能商业CPU处理视觉和自主算法，未来还可能进一步加入GPU、NPU以及专门的AI加速器。

而这背后的原因其实很简单：地球与火星相隔数千万乃至数亿公里，人类不可能像遥控无人机一样实时驾驶火星机器人。探测器必须越来越多地自己判断环境、规划路线、检测故障、选择目标甚至决定哪些数据最值得传回地球。

因此，未来真正重要的也许不是“谁成为火星第一操作系统”。

而是：谁能构建一套既不会轻易死掉、又能够越来越聪明的火星计算平台。