25億美元好奇號配備：15年前的電腦、17個200萬畫素相機
本周一(8/6) NASA 的好奇號(Curiosity)順利登陸火星，引起許多人的興趣，除了有想知道有沒拍到火星人之外，也對好奇號的硬體充滿了好奇。雖然花上25億美元預算，但好奇號確使用上一個世紀的 IBM PowerPC 750 等級處理器，以及17台200萬畫素相機，究竟是為什麼呢？我們帶你分析。
快速目錄：
- 好奇號的電腦硬體，竟然用20世紀的處理器
- 好奇號的17台相機都是200萬畫素，為什麼？
與15年前 iMac G3 相同的硬體
花上25億美元打造的好奇號火星車，想必使用的硬體都是最頂級的吧！但接下來的答案恐怕會讓人感到訝異，好奇號所搭載的電腦硬體中，代號「RAD750」的單板電腦(single-board computer，SBC)，其實架構是以「IBM PowerPC 750」這顆處理器為基礎、也就是 1998 年搭載在 Apple iMac G3 上面的那顆(1997年發表的處理器，也運用在PowerBook G3、Power Macintosh G3 上)。雖然是以10多年前的處理器為基礎，但這顆經典的處理器到現在還廣泛流傳於世面，例如 Honda Asimo 機器人、BMW 的 iDrive 汽車系統、以及 Apple 的 Airport Extreme 無線基地台。
▲好奇號搭載的「RAD750」單板電腦、是以10多年前「IBM PowerPC 750」為基礎的處理器。(圖片來源)
▲1998年 Apple iMac G3 就使用 IBM PowerPC 750 處理器，現在也多用在汽車系統。
▲你只要買一台 Apple 的 Airport Extreme ，就可以自豪跟好奇號同等級的電腦。
好奇號上的「RAD750」是由英國 BAE System 公司所特製的防輻射電腦，設計用來抵擋強大衝擊，2001年發表，2005年首度使用，目前克卜勒太空望遠鏡(Kepler telescope)也是使用這款處理器，因此好奇號在2004年開始研發，使用這款產品算是走在科技前端了。「RAD750」的處理器和主機板可承受-55度到70度的氣溫變化，以及1000gray的輻射水平。「RAD750」的處理器時脈為 200 MHz、可提供 400 MIPS 運算能力，其他方面還有 256K EEPROM、256MB RAM、以及 2GB 快閃記憶體，以現在的水平怎麼看都不是強大的硬體。但比起2004年的精神號與機會號火星探測車，採用的 「RAD 6000」處理器時脈20MHz相比，已經是提升許多了。
想當初50多年前，1969年載著阿姆斯壯成功登月的阿波羅11號太空船，裡頭的電腦等級約莫是現在一台電子計算機的運算程度而已，所以這故事告訴我們重點是不是硬體有多快，還是把程式寫好比較重要。順帶一提，好奇號的軟體是採用 VxWorks 嵌入式系統，這套系統已有27年歷史，是由 Wind River Systems 開發，該公司設計的嵌入式系統也用在許多地方，例如 BMW 的 iDrive 系統(BMW 車主再次歡呼)、或是阿帕契戰鬥直升機中。先前的三台火星車也都是採用 VxWorks 系統。
▲好奇號所採用的 VxWorks 系統。
(後面還有好奇號只搭載200萬畫素的秘辛)
延伸閱讀：
只搭載 200 萬畫素 Kodak 相機，為什麼？
好奇號共搭載了17個相機，全部的相機、包含主要的4台相機都採用 Kodak 的 Kai-2020 感光元件，為解析度 1600 x 1200 的200萬畫素 CCD 感光元件。
▲好奇號所搭載的17個鏡頭。
主鏡頭 MastCam 是由 M-34 以及 M-100 兩個相機並排而成，M-34 鏡頭規格為 34mm F8、視野為15度，M-100 鏡頭規格為 100mm F10、視野為5.1度，其實開發商原先提供了變焦鏡頭，但由於測試時間不足未能裝上去。MastCam 的兩部相機皆可提供 10FPS 的 720P 影像，並旋轉截取火星表面的360度全景影像，同時也內建了濾鏡功能，可拍攝多種波長的多譜影像。機械手臂上的另一個200萬畫素相機 Mars Hand Lens Imager (MAHLI) ，可用來拍攝地表礦物的微距特寫。第4個200萬畫素相機則是裝載於好奇號下方，目地是在登陸火星的降落過程中拍攝下方的地形影像。
此外好奇號的軌桿上，也有2個 Navcam 黑白相機用來導航，此外前後方也都各有2組 Hazcam 黑白相機用於避開障礙物。
▲好奇號的相機，都是採用 Kodak 製造的200萬畫素感光元件。
▲MastCam 相機中的 M-34 鏡頭。
200萬畫素的相機規格，大約是2000年數位單眼相機、2007年第一代 iPhone 的相機規格，比起現在動輒1000萬起跳、甚至到3000萬以上畫素可說相差甚遠。難道是25億美元預算只夠 NASA 裝視訊攝影機等級的相機？好奇號的相機計劃專案負責人 Mike Ravine 解釋，這牽扯於傳輸技術、資料量、以及耐用性等多種因素。
首先在無線傳輸上，比起現在地球上使用的各式高速無線傳輸技術，遠在火星上的好奇號，只能使用老式的 UHF 超高頻無線電傳輸。例如現在手機3G每個月要傳輸5GB的資料量簡直輕而易舉，但好奇號每天只能傳輸 31.25MB 的數據、1個月連 1GB 的量都達不到。
好奇號設計將提供2年以上的探索任務，因此200萬畫素可滿足拍攝需求、也能節省空間，好奇號上的17個鏡頭，每天可提供250MB的數據，再透過環繞火星的2顆衛星將 UHF 訊號傳回地球。如此就知道 NASA 會採用低畫素的相機不是沒有理由。好奇號拍攝的200萬畫素影像，會先儲存在內建8GB記憶體中，並以縮圖傳回地球，當 NASA 有需要高解析度圖片時，才會回頭下載200萬畫素原圖。
使用這款200萬畫素相機，其實也考量到相機感光元件的可靠性，NASA 在好奇號4種不同類型相機中，皆採用 Kodak 的 Kai-2020 感光元件作為共同的平台，是因為他們認為這是款很容易驅動的 CCD 感光元件。Mike Ravine 解釋雖然現今手機以大量搭載低功耗的 CMOS 感光元件，但 CMOS 感光元件在8年前是並不可靠的(好奇號的研發計劃使於2004年)，因此不能以現在的眼光來看2004年的產品。再來200萬畫素也能讓電腦系統足夠應付這麼多的相機拍攝畫面，如果都用太高解析度的感光元件，可能會導致系統癱瘓。
▲好奇號拍攝的第一張全景圖 Gale Crater 隕石坑，但似乎遇上潤滑油的問題，導致畫面有些問題。
▲MastCam 相機所拍攝的畫面。
小編認為，單從電腦的時脈、記憶體容量，或是以相機的感光元件畫素來評斷好奇號是有失公平的，畢竟25億美元的預算，包含8年以來的研發費用，還有支付參與設計、執行計劃的 NASA 工作人員以及開發商、承包商，當然還要算進去火箭發射的成本。此外好奇號上的裝備，雖然多是用較舊的電腦和相機技術，但最新、最快的技術並不見得會被優先採用，規格只要夠用就好，穩定和耐用才是第一考量，只要有一個零件在火星上壞掉了，整台火星探測車才真真的變成一台25億美元的垃圾。
資料來源：the verge(1)、the verge(2)
