《出鞘》2016-05-18：把脉四海九天:略谈天脉操作系统对中国战机意义

源济

把脉四海九天:略谈天脉操作系统对中国战机意义
新浪军事   2016年05月18日

如果说机载计算机硬件系统是战机的大脑，那么机载操作系统就是战斗机的灵魂。据官方报道，我国自主研发的实时操作系统天脉II获得国家定型，成功填补一项重大国内空白，真是可喜可贺。本期出鞘我们就来探究一下机载实时操作系统以及天脉II对中国军工的战略意义。





所谓实时操作系统(RTOS)，通俗说指任务运算时间和准确性以及多任务之间协调。一架电传飞控的飞机，飞行员是通过机载计算机系统和电信号来操纵飞机的，而不是通过传统的机械装置直接控制舵面。天脉II的研制成功，打破了西方对同类产品的封锁，提升了我国航空武器装备的自主化水平。





长期以来，我国的基础软件产品都一直依赖于西方。大量事实证明，国外操作系统中存在缺陷和后门，飞机使用的机载操作系统作为机载电子设备的核心和基础，是关系到飞行安全的关键产品。因而，能否实现完全自主化，也常常被看作航空主战装备能否实现自主化的标准之一。





与桌面及手机操作系统不同，实时操作系统时序的准确性非常重要。RTOS普遍采用一种叫做时钟节拍（clock tick）的方式来产生精确时序，时序可看作是实时系统心脏的脉动（也许这就是天脉名称的来源）。在RTOS上所有任务的调度都基于这个时钟节拍产生的中断来实现。





不时爆出的各种软件漏洞和后门事件，使得安全风险隐患逐渐暴露，一些重大问题也开始引起国家、军方的重视，军方也迫切期望能够使用国产操作系统替代国外产品。于是，在2002年一支优秀的中国团队开始了它的使命。(中航计算机所是我国机/弹载计算机和航空软件研制的专业机构)





该所负责的产品广泛应用于航空领域，并辐射到航天、船舶、兵器、电子等多个领域，积累了丰富的机载、弹载等领域高可靠计算机产品工程经验，这使得他们在开发这一系统时有了一定的基础。他们告诉出鞘小编，外国人能搞成的，我们中国人也一定行！





笔者了解到，实时操作系统的应用范围其实非常广泛：工业控制、航空航天、家用电器、机器人、武器等等。有一大批厂商从事这个行业，天脉的竞争对手直指美国风河公司的Vxworks操作系统。目前Vxworks就相当于桌面操作系统领域的windows，大有一手遮天的趋势。





看看Vxworks在国际上众多知名项目中的应用就知道了：譬如NASA的火星车、马斯克spanceX飞船、阿西默机器人、美军X-47B无人机、RQ-170无人机、AH-64直升机、及波音787等等都广泛采用了这一系统。而中国的这支团队也早就看到机载操作系统的发展趋势，坚定地要走一条独立研制之路。





在武器研发中不受制于外国厂商是非常重要的。开源实时操作系统MicroC/OS-II的作者在90年代初就是因为他所使用的一款RTOS存在问题，联系厂商修改程序不仅时间长并且还要求用户支付单独的软件维护费用，前后用了将近一年的时间才最终解决问题。





可想而知，如果我国某型系统的研发由于基础软件受制于人而无法顺利完成，会遭受多么严重的损失。采用国外系统除了在装备研发阶段容易受到影响以外，利用预先安装在系统内的后门，在装备进入服役状态之后也非常容易遭到攻击。

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2010年伊朗布什尔核电站的控制系统疑似遭到计算机病毒袭击，导致核电站运行被迫停止。尽管官方并没承认是病毒引起的，但是这种可能性仅仅想象一下就令人毛骨悚然。如果我军飞机在飞行中突然失去控制，又或导弹无法飞向攻击目标等等，这些噩梦一般的景象在理论上都是有可能的。





相对于飞机导弹等硬件来说，操作系统也很关键。目前中国在先进武器的研发制造方面已经取得了令世界瞩目的成绩，大量先进的军舰、战机以及各类型的导弹雨后春笋一般曝光。但如果依然使用国外系统，那么这些武器的战力可以说得不到保证，只有配上自己的系统，才算得上完全国产化。





世界上主要的机载软件厂家只有寥寥数家，最有名的是前面提到的美国风河公司的VxWorks系统，这款操作系统广泛的应用在F16、F18、B2、X47无人机等各种型号战机以及导弹、太空探测器上面。另外，英国战略核潜艇使用的则是大家非常熟悉的Windows XP系统。风河公司是英特尔全资子公司。





根据报道，天脉系统2002年开始研制，2008年取得总装备部型号立项。天脉1和天脉2系统分别在2010年和2013年通过了空军软件测评中心的定型测评，2014年6月，天脉产品完成了数个军工单位的试用；2014年7月，完成了天脉1和天脉2的国家定型。





在天脉官网的简介中，有如下描述：……在我国国防装备中曾大量使用国外商用系统，如VxWorks等。在该网站关于天脉1的兼容性一栏内有如下描述：天脉1提供VxWorks兼容包，大幅降低用户在VxWorks上已有应用的移植工作量，移植代码改动比例不大于4‰ 。





中国军方一旦研制成一套自身的机载操作系统，还会有意外的收获。目前已经研制成功的天脉操作系统就可以做到兼容美国的VxWorks系统，这也同时意味着中国这套操作系统出了装备自身以外，还可以像第三方国家出口，这对于那些想摆脱美国依赖的国家来说，无疑具有巨大的诱惑。





我们有理由相信，2000年以后至2010年以前启动的国产军机项目如J10、J20、利剑等使用线传飞控的项目有可能使用了国外RTOS如Vxworks或类似产品。由此也带来了隐患，这些操作系统都会被开发国家留有后门，一旦中国与这些国家交手，极有可能会被这些国家通过后门操纵，危害无穷。





天脉系统在2014年才得到国家定型，即使J20、运20等未服役的型号可通过升级改装为国产系统，但已服役的如J10A应该仍然使用的是国外系统。对于研制中的飞机如J20如果更换RTOS这种基础软件必定要导致大量实验项目重做，对于中国空军来说这个时间是耽误不起的，但好在还有时间。





士不可以不弘毅，任重而道远。十多年来，伴随着机载操作系统的研制历程，计算所也成长起了一支优秀的机载操作系统研制团队，诞生了中航工业唯一的1名软件首席专家、3名软件特级专家、1名软件一级专家。他们未来将继续努力为祖国撑起一片安全的蓝天。本期出鞘就到这里，下期再见！