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星载计算机是卫星平台的核心组成部分，包含数管、姿轨控等计算机，负责星上信息采集、指令分发和通信等任务，实现星务管理、遥测遥控管理、姿轨控管理、热控管理、能源管理和载荷数据管理（接收、压缩、存储）等功能，是星上平台服务系统的综合。
地球静止轨道卫星的星载计算机设计寿命一般可达8~10年，近地轨道卫星的星载计算机设计寿命一般为2~5年。由于不可维修性，星载计算机设计寿命时间是卫星的重要指标之一。星载计算机长寿命还包含两个特性：储存时间长和在轨时间长。
（1）储存时间长。在以往的常规研制流程中，一般卫星的生产模式为单星研制、单星发射，卫星在完成总装、试验后随即发射，即使存放，时间也较短，相比同为航天产品的武器装备的储存时间更是短暂。我国成功发射的卫星的地面研制时间一般不超过3年，因此很少有人关注地面储存对卫星结构的影响情况。然而，卫星星座和快速响应卫星的研制呈现出“批量化生产、按需发射”的特点，星座等类型的卫星地面储存时间为3~15年，因此长期储存已成为卫星研制中一种新的环境条件和影响卫星性能的重要因素。长期储存后的星内单机设备存在老化失效风险，星上结构板存在复合材料性能衰退及外形变化等风险，胶黏剂等辅助材料的各项性能指标亦可能退化。
（2）在轨时间长。在轨运行时间较长的卫星寿命可达十几年，这也就意味着计算机程序要同步运行十几年不能出现问题。高可靠是一项艰巨的系统工程，它与空间环境如辐射带、太阳耀斑质子、银河宇宙射线、地磁亚暴、真空和低温等密切相关。国内外经验证明：卫星寿命越长，其环境故障的概率越高。环境对卫星的损伤分为累积损伤和瞬时损伤。环境损伤会使卫星寿命后期的故障不断升高。美国1971—1986年发射的地球同步轨道卫星所产生的1 589次异常事件中，有70％与空间环境有关。长寿命高可靠卫星的设计必须以寿命末期环境退化数据为依据，没有这些数据或者这些数据不准确，卫星的长寿命高可靠将无法得到保证。因此，准确掌握空间环境对卫星的长期退化影响是卫星长寿命高可靠系统工程的重要技术基础之一，长寿命卫星的空间环境评估、验证和保障技术研究是非常必要和迫切的。
星载计算机是卫星平台的中枢神经，随着航天工程复杂性的不断提高，设备对计算机的要求越来越高。航天电子产品不仅要耐受火箭起飞时的冲击、振动等苛刻的力学环境，而且要承受宇宙空间的高温、低温、高真空和高辐射等极端条件；另外，由于在空间环境条件下电子产品的可维护性非常差，而且一旦发生故障，其后果往往比较严重，甚至是致命的，因此相比普通计算机，星载计算机的可靠性要求更高。
星载计算机系统是卫星内部最为核心的部件，其可靠性会直接影响整个卫星系统的可靠运行。具体分析如下：
（1）因为卫星所处的空间环境非常恶劣，空间辐射和高能粒子会对星载计算机系统的内部元件造成各式各样的损伤，进而导致星载计算机系统产生故障。
（2）通常而言一颗卫星的成本是非常高的，如果因为系统的可靠性原因对卫星的使用寿命造成一定的影响甚至直接导致卫星系统失效，将会是一个巨大的损失。
（3）系统经常发生故障会更大概率打断卫星任务的连续运行，特别是当卫星在进行一些关键任务或非常致命的操作时，保证星载计算机系统的连续运行非常重要；比如在对卫星进行变轨的时候，如果星载计算机系统发生故障，很可能会导致卫星姿态失稳，陷入高速旋转的状态，这对卫星而言是非常危险的。
基于上述，提高系统可靠性因而也一直是星载计算机系统的一个重要发展方向。
与地面设备相比，星载计算机要经历复杂空间环境应力的考验，因此针对特殊的空间环境要求对星载计算机进行空间环境适应性设计，是确保其在轨长寿命、高可靠工作的重要内容。卫星所处环境主要包含力学环境、放气、静电放电、原子氧、热真空、微型天体和太空垃圾、高能粒子辐射等。
（1）力学环境。关于卫星与运载火箭的力学环境，并没有一个严格的分类标准，按照频率范围大致可将其划分为准静态加速度环境、类周期振动环境、瞬态环境（低频瞬态环境和高频瞬态环境）、随机振动环境和声环境等，见表1-3。
表1-3 力学环境分类
（2）静电放电。与人体带电放电的原理类似，在轨飞行的航天器也会带电，当电荷积累到一定程度时会产生静电放电现象，严重时就会引发航天器故障。
在轨飞行的航天器会遭遇空间等离子体环境和高能带电粒子辐射环境，这些环境中的带电粒子与航天器相互作用，会在航天器局部产生沉积电荷，电荷的积累就会使航天器带电。轻微的带电不一定会引发异常或故障，但当航天器带电积累到一定程度时，会引发静电放电。静电放电所形成的电磁脉冲，会对航天器内的电子系统造成干扰，从而引发仪器故障，严重时还会造成航天火灾等危险事故。
（3）温度变化。卫星在轨飞行时，存在高温和低温两种环境。在数百千米到数千千米的高空，非常稀薄的气体不能阻挡太阳的照射，没有传导与对流散热，太阳直接照射的卫星表面如果不加防护，卫星的温度很快就会升高；而当卫星飞行到地球的另一面时就进入阴影区，得不到太阳的热量，温度又会很快地降低，致使卫星在－100~100℃这种交变温度下工作。
（4）真空。真空环境的大气密度基本上是随着高度的增加呈指数规律下降。卫星运行轨道高度不同，真空度也不同，轨道越高，真空度越高。真空环境产生的影响包括压力差效应、真空放电效应、辐射传热效应、真空出气效应、材料蒸发、升华和分解的效应、黏着和冷焊的效应、真空泄漏效应。
（5）辐照环境。卫星或空间飞行器等电子系统中应用的半导体器件，会不可避免地受到空间辐射环境的影响。随着航天器敏感表面增多、微电子线路集成度提高，其对空间粒子辐照环境效应日益敏感，粒子辐照环境已成为现代卫星设计必须考虑的基本因素。
数管计算机是卫星数据管理分系统的核心设备，它的主要功能是接收整星遥控指令、组帧下行整星遥测数据、提供星上基准时间、控制整星系统串行数据总线的运行及下位机的操作、实现数管分系统的自主故障诊断与自主切换等。
数管计算机主要功能包括：接收、译码、分配各种遥控指令；采集、处理、存储、下传整星遥测数据；具有星时校时能力；对热控、电源、帆板展开及相机成像模式进行自主控制；自测试、自诊断和故障容错处理；作为总线控制器对总线上终端设备控制管理。
姿轨控计算机是卫星姿轨控、制导与导航控制分系统的核心设备，它的主要功能是采集卫星的各种姿态与轨道信息，接收数管分系统和测控分系统发来的航天器轨道要素、指令和系统配置、参数修正等信息，进行实时的数据处理和计算，控制执行机构，完成卫星的姿态、轨道、制导和导航控制。
卫星姿态控制系统的任务包括卫星姿态确定和姿态控制两个方面。系统一般由姿态敏感器、姿态控制器和执行机构三部分组成：姿态敏感器用来测量卫星相对于某一基准方位的姿态信息，常用的有红外地平仪、磁强计、星敏感器和光纤陀螺等；姿态控制器由控制计算机及相关电路组成，主要对姿态敏感器的测量信息进行采集、分析和处理，确定出卫星的姿态，按事先设计的控制参数产生控制指令，发给执行机构；执行机构则根据姿态控制器发出的控制指令调整工作的状态，为卫星提供控制力矩，实现卫星的稳定或机动。
卫星平台主要由星载计算机、应答机、数传、载荷单机、卫星总线和SpaceWire总线等组成（图1-12）。
星载计算机作为整星的大脑，用来处理复杂的计算，其主要由处理器最小系统、总线、存储、电源、可编程逻辑门电路（field programmable gate array，FPGA）和软件等组成（图1-13）。
处理器最小系统是星载计算机的核心组成部分，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。星载计算机的处理器最早只用于载荷控制和数据处理，发展到现在，不仅用于处理载荷数据，还负责星务管理、遥测遥控和信息处理等功能。
图1-12 卫星平台组成框图
图1-13 星载计算机主要组成框图
星载计算机总线可依据不同标准有不同分类：按功能分类，可划分为控制平面、数据平面、工具平面；按传输介质分类，可划分为共享总线、交换总线、片上总线、无线传输；按传输语义分类，可划分为消息传递、内存读写；按容错能力分类，可划分为非隔离总线、隔离总线、纠错检错编码、高级容错。
元器件是组成星载计算机的基本单元。根据现有宇航型号中各类星载计算机的设计状态，选用的元器件具体可分为八大类，即CPU、DSP、FPGA、存储器、总线控制器、接口电路、AD/DA转换器、DC/DC转换器及EMI滤波器。
电源为星载计算机的各部分元件提供电源供应。供电模块中包含大量的降压稳压电路，从而将输入电压变换成各模块所需要的电压。此外，电源一般受控制单元的控制，电源根据控制信号分别对星载计算机内其他单元进行供电控制，控制其加断电状态或加电时序，从而实现星载计算机的主备机切换和故障模块的故障重构。
FPGA属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块随机存储器（random access memory，RAM）、布线资源、内嵌专用硬核、底层内嵌功能单元。FPGA芯片采用大规模集成电路代替分离元器件，也可以减小器件使用种类和设计复杂度、提高系统的可靠性，因此在国内外星载计算机中得到广泛应用。
软件是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。一般来讲，软件被划分为系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件。软件并不只是包括可以在计算机（这里的计算机是指广义的计算机）上运行的电脑程序，与这些电脑程序相关的文档一般也被认为是软件的一部分。简单来说，软件就是程序加文档的集合体。星载计算机软件主要包括单机软件和操作系统软件两大类。
（1）主频。指处理器的时钟频率。计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟信号周期完成一步操作。时钟频率的高低在很大程度上反映了处理器速度的快慢。
（2）浮点性能。FLOPS（floating-point operations per second）是衡量浮点性能的常用单位，即每秒做的浮点运算次数：
FLOPS＝CPU核数×CPU频率×每周期执行的浮点操作数
（3）定点性能。MACS（multiply add caculation per second）是衡量定点性能的常用单位，即每秒做的定点运算次数：
MACS＝CPU核数×CPU频率×每周期执行的定点操作数
（4）人工智能（artificial intelligence，AI）算力。OPS（operations per second）是衡量AI芯片算力的常用单位，即每秒做的运算次数。TOPS（tera operations per second）代表每秒钟可进行一万亿次（10 12 ）操作：
1 TOPS＝10 3 ×1 GOPS＝10 6 ×1 MOPS＝10 12 ×OPS
式中，1 GOPS代表每秒钟可进行10 9 操作；1 MOPS代表每秒钟可进行10 6 操作。
因浮点运算对性能要求较高，在保证AI精度的同时将浮点数转为整数进行计算，可大幅降低计算资源的消耗。因此，也用INT8、INT4、INT16、INT32表示数的类型，“INT”后的数字表示整数的位数。
计算机采用二进制编码方式表示数、字符、指令和其他控制信息。计算机在存储、传送或操作时，作为一个单元的一组二进制码称作字，一个字中二进制位的位数称作字长。通常把处理字长为8位数据的CPU称作8位CPU，32位CPU就是指在同一时间内处理字长为32位的二进制数据。二进制的每一个0或1是组成二进制的最小单位，称作位（bit）。
常用的字长为8位、16位、32位和64位。字长为8位的编码称作字节（byte），是计算机中的基本编码单位。字长与计算机的功能和用途有关，是计算机的一个重要技术指标。字长直接反映了一台计算机的计算精度，为适应不同的要求及协调运算精度和硬件造价间的关系，大多数计算机均支持变字长运算，即机内可实现半字长、全字长（或单字长）和双倍字长运算。在其他指标相同时，字长越大，计算机处理数据的速度就越快。早期微机的字长一般是8位和16位，386以及更高的处理器大多是32位。
内存储器是指随机存储器（random access memory，RAM），即在正常工作状态下可以往存储器中随时读写数据。根据存储单元工作原理的不同，RAM又可分为静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）。RAM的特点包括：可读可写；断电后，里面存储的数据会丢失。
外存储器是指只读存储器（read only memory，ROM），即以非破坏性读出方式工作，只能读出无法写入信息。根据存储器功能不同，ROM可分为可编程只读存储器（PROM）、可擦可编程只读存储器（EPROM）和带电可擦可编程只读存储器（EEPROM）等不同种类。ROM的特点包括：数据存储稳定，断电后数据不变，结构简单，抗辐射性能好，常用于存储各类固定程序和数据。
Flash是存储芯片的一种，在电子以及半导体领域被称作闪存（Flash memory）。Flash结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程能力，还可以快速读取数据，使数据不会因为断电而丢失。
存储容量一般都是2的整次方倍，比如64 MB、128 MB、256 MB等。系统对内存的识别是以byte（字节）为单位，每个字节由8位二进制数组成，即8 bit。按照计算机的二进制方式，有以下换算关系：1byte＝8bit；1 KB＝1024byte；1 MB＝1024 KB；1 GB＝1024 MB；1 TB＝1 024 GB。
由于星上供电功率有限，因此对星载计算机的功耗要求也十分严格；同时由于卫星所能携带的重量有限，故对星载计算机重量要求也非常严苛。
对星载计算机体积要求包含本体尺寸、最大尺寸、安装尺寸。
评价I/O速度的指标有两个，一个是IOPS，另一个是吞吐量。
（1）IOPS，每秒处理的IO次数。指存储设备单位时间内能处理的IO请求数量。对随机读写频繁的应用，如OLTP数据库、图片、信息，是最关键的衡量指标。IOPS数值受读写比例、随机IO、IO大小和队列深度等因素影响。数据库通常访问一系列不连续的数据，根据文件物理位置，需要很多次访问才能完成，所以需要随机IO高的设备。
（2）吞吐量（throughput）。指单位时间内可以成功传输的数据数量，传输包括读和写的总和。对于大文件或流媒体的应用，拥有大量顺序读写，则更关注数据吞吐量。数据吞吐量还受到存储设备接口速度限制，但同时期推出的接口都大于存储设备吞吐量上限。
（1）总剂量效应（total ionizing dose）。为辐射效应的一种，指器件受到高能粒子等辐射会造成与时间积累有关的辐射损伤的效应。总剂量以rad为单位，定义为每克物质上淀积100尔格（erg，1 erg＝10 －7 J）的辐射能量。
（2）抗单粒子翻转。单粒子翻转是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区，使器件逻辑状态翻转，出现存储的“0”变为“1”或者“1”变为“0”的现象，从而产生错误，导致系统功能紊乱。器件抗单粒子翻转的能力以现行能量传递表示，单位为MeV·mg －1 ·cm －2 。