軟件定義衛(wèi)星——提升衛(wèi)星智能化水平

在日前召開(kāi)的2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上，中國(guó)科學(xué)院軟件研究所（以下簡(jiǎn)稱軟件所）研究員、軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)趙軍鎖拋磚引玉，并告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“在未來(lái)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的智能衛(wèi)星將被發(fā)射到太空，并涌現(xiàn)出大量的衛(wèi)星App軟件，用手機(jī)就能訪問(wèn)衛(wèi)星、使用衛(wèi)星?！?/span>

中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理所研究員龔惠興指出：“軟件定義衛(wèi)星有望降低衛(wèi)星的價(jià)格、重量和功耗，讓更多的科研院所、民營(yíng)企業(yè)、產(chǎn)業(yè)部門(mén)有機(jī)會(huì)參與衛(wèi)星的研制、發(fā)射和使用。”

軟件定義衛(wèi)星由來(lái)

衛(wèi)星不僅可以影響人們的日常生活，甚至還可以重塑未來(lái)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。目前的發(fā)展現(xiàn)狀是，空間活動(dòng)政府資助比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于私人資本，絕大多數(shù)人仍是航天領(lǐng)域的圍觀者?！霸蛑饕谟谶M(jìn)入軌道的成本很高?！壁w軍鎖說(shuō)。

衛(wèi)星工程包括衛(wèi)星研制、地面站建造以及運(yùn)載發(fā)射。傳統(tǒng)衛(wèi)星研制，首先要基于任務(wù)分析衛(wèi)星軌道、功率、構(gòu)型、質(zhì)量、載荷等需求，然后對(duì)衛(wèi)星展開(kāi)設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程包含多個(gè)子系統(tǒng)，涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，研制周期可達(dá)十年以上，研制成本以億為單位計(jì)算。

此外，運(yùn)載發(fā)射的費(fèi)用很高，重量一千克的物體發(fā)射費(fèi)用等價(jià)于一千克黃金。衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)需要投入大量的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行遙測(cè)遙控。高昂的投入、專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的前沿技術(shù)，讓普通大眾對(duì)航天望而卻步。

為此，軟件所提出了軟件定義衛(wèi)星?！败浖x衛(wèi)星以計(jì)算為中心，以軟件為手段，通過(guò)軟件定義無(wú)線電、載荷、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等手段，將傳統(tǒng)上由分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的通信、載荷等功能以軟件方式實(shí)現(xiàn)?！壁w軍鎖解釋道。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，軟件定義衛(wèi)星支持像智能手機(jī)一樣進(jìn)行軟硬件研制，支持像共享單車(chē)一樣的應(yīng)用方式。

“衛(wèi)星制造商制造衛(wèi)星硬件平臺(tái)，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商發(fā)射并維護(hù)衛(wèi)星運(yùn)行，航天應(yīng)用商店聚集了大量的航天應(yīng)用App。普通用戶不用考慮衛(wèi)星的研制、發(fā)射、運(yùn)行測(cè)控等問(wèn)題，只是通過(guò)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商租用一定時(shí)間來(lái)達(dá)到自己的目標(biāo)?！壁w軍鎖指出，任務(wù)需要的App軟件可以自行開(kāi)發(fā)，也可以從航天應(yīng)用商店中下載，上傳到租用衛(wèi)星上，衛(wèi)星完成任務(wù)后將用戶所需數(shù)據(jù)返回給用戶。

關(guān)于軟件定義衛(wèi)星的應(yīng)用，來(lái)自中科院軟件研究所的科研人員列舉了一些例子：天文愛(ài)好者可以短期全時(shí)段租用一顆衛(wèi)星，在沒(méi)有大氣遮擋的太空獲得更高質(zhì)量、更多暗弱目標(biāo)的星空?qǐng)D；農(nóng)場(chǎng)主可以長(zhǎng)期分時(shí)段租用一顆周期經(jīng)過(guò)本地區(qū)農(nóng)田上空的衛(wèi)星，定期重復(fù)獲取本地區(qū)農(nóng)田圖像，從而避免某種類(lèi)農(nóng)作物產(chǎn)量過(guò)剩；環(huán)境保護(hù)組織針對(duì)某一水域的水藻污染情況，可以短時(shí)租用多次重訪該水域的衛(wèi)星，制定合理的治理措施……

提升衛(wèi)星智能化水平

可以預(yù)見(jiàn)，軟件定義衛(wèi)星不僅革新了我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)模式，同時(shí)也為普通大眾的航天夢(mèng)提供技術(shù)支持，讓衛(wèi)星應(yīng)用從曲高和寡發(fā)展到進(jìn)入走進(jìn)每個(gè)人的日常生活。

趙軍鎖指出，軟件定義衛(wèi)星的未來(lái)是智能衛(wèi)星。而智能衛(wèi)星的發(fā)展取決于三個(gè)方面：一是星載計(jì)算能力，二是有效載荷性能，三是軟件和算法。

隨著軟件容錯(cuò)技術(shù)的提高、硬件加固工藝的改進(jìn)，越來(lái)越多的工業(yè)級(jí)高性能器件被用于衛(wèi)星平臺(tái)，這將大幅度提高星載計(jì)算能力，為發(fā)揮有效載荷的效能、支持更多的在軌信息處理任務(wù)創(chuàng)造必要的條件。

通俗地講，發(fā)射升空的軟件定義衛(wèi)星，就是一臺(tái)運(yùn)行在太空里的智能計(jì)算機(jī)，待程序員編寫(xiě)好實(shí)現(xiàn)特定功能的應(yīng)用程度，由衛(wèi)星來(lái)執(zhí)行程序，并向用戶提供特定的服務(wù)。

智能衛(wèi)星的特點(diǎn)就是有豐富的應(yīng)用軟件，尤其是智能軟件。隨著開(kāi)放衛(wèi)星系統(tǒng)架構(gòu)的建立和平臺(tái)化軟件解決方案的完善，勢(shì)必出現(xiàn)大量的第三方應(yīng)用程序。

對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院軟件所研究員林惠民表示，盡管軟件定義一切的時(shí)代正在到來(lái)，但新問(wèn)題隨時(shí)都可能出現(xiàn)，軟件也需要隨時(shí)更新和修改。計(jì)算機(jī)雖然是智能機(jī)器，但不等于人的全部智能，新的算法還需要人定義并實(shí)現(xiàn)。

隨著軟件和算法的發(fā)展，未來(lái)的衛(wèi)星在智能感知、智能控制、智能組網(wǎng)、智能服務(wù)方面將日益增強(qiáng)，原來(lái)需要在地面完成的數(shù)據(jù)處理工作將逐步遷移到星上執(zhí)行，信息處理的時(shí)效性將大大提高；原來(lái)需要人的回路管理和控制工作將由衛(wèi)星自主完成，地面測(cè)運(yùn)控的壓力將大幅降低。

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授孫增圻認(rèn)為，提升衛(wèi)星智能化水平需要提升衛(wèi)星智能運(yùn)行和應(yīng)用能力，其中衛(wèi)星智能運(yùn)行包括自主導(dǎo)航、自主熱控、自主管理、自主故障診斷、自主系統(tǒng)重構(gòu)等，軟件定義衛(wèi)星可以在這幾方面發(fā)揮作用。

發(fā)布“天智協(xié)議?！?/strong>