張璦敏

擁有一臺“太空計(jì)算機(jī)”，并能通過智能手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和使用，這樣的場景正加速變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。日前，英國薩里衛(wèi)星技術(shù)有限公司宣布，完成全球首枚軟件定義商業(yè)通信衛(wèi)星平臺建設(shè)。這顆衛(wèi)星的覆蓋范圍、頻率、帶寬、功率等都可通過軟件更新實(shí)現(xiàn)在軌重新配置，或根據(jù)運(yùn)營商需求實(shí)時調(diào)整衛(wèi)星業(yè)務(wù)，即所謂的“軟件定義”。業(yè)內(nèi)人士稱，軟件定義衛(wèi)星將打破傳統(tǒng)衛(wèi)星任務(wù)單一、體系封閉等狀況，擴(kuò)大衛(wèi)星應(yīng)用范圍，推動衛(wèi)星智能化應(yīng)用發(fā)展。

讓衛(wèi)星為大眾所用

自1957年第一顆衛(wèi)星發(fā)射升空以來，人類探索太空的腳步從未停止。但直到今天，航天活動依舊被視為“少數(shù)人的游戲”，大眾只是“旁觀者”。

究其原因，除航天產(chǎn)品固有的復(fù)雜性外，還有衛(wèi)星研發(fā)周期長、成本高，任務(wù)單一等，這意味著大費(fèi)周折發(fā)射升空的衛(wèi)星，其實(shí)是個“硬件不能互換、軟件不能更新的封閉‘鐵疙瘩”。除預(yù)先設(shè)定的“本職工作”外，對其他臨時性任務(wù)完全“拒之門外”。

為解決這一問題，上個世紀(jì)90年代，美國國防部提出“模塊化開放體系架構(gòu)”，旨在將軟硬件平臺分解為一系列標(biāo)準(zhǔn)化模塊，通過不同模塊之間“搭積木”，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用效果。在這一思想指引下，“軟件定義”漸成熱門話題。從軟件定義無線電、軟件定義網(wǎng)絡(luò)，到軟件定義數(shù)據(jù)中心和軟件定義信息系統(tǒng)，軟件定義易于復(fù)用、成本較低、靈活方便，能更好地滿足應(yīng)用場景需求。由此，軟件定義衛(wèi)星應(yīng)運(yùn)而生。

軟件定義衛(wèi)星主要通過對功能模塊、載荷、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等軟件進(jìn)行更新或重設(shè)，使衛(wèi)星上各類傳感器和計(jì)算單元之間兼容互通。換句話說，軟件定義衛(wèi)星好比一臺運(yùn)行在太空的開放型智能計(jì)算機(jī)，人人都可通過編程，讓衛(wèi)星“為我所用”。發(fā)展軟件定義衛(wèi)星，將進(jìn)一步建立開放性的衛(wèi)星平臺，解鎖傳統(tǒng)衛(wèi)星上軟硬件之間的緊耦合關(guān)系，推動星載軟件升級，讓普通大眾可以接近衛(wèi)星，通過手機(jī)軟件訪問衛(wèi)星、使用衛(wèi)星。

能夠編程的“太空計(jì)算機(jī)”

別以為軟件定義衛(wèi)星只是想象中的“下一代太空計(jì)算機(jī)”。2018年11月20日，我國首枚專門用于驗(yàn)證軟件定義衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)衛(wèi)星“天智一號”發(fā)射升空，為衛(wèi)星的空中智能化應(yīng)用再添“智慧”。這枚主要載荷為小型云計(jì)算平臺、超分相機(jī)和大視場相機(jī)的開放型衛(wèi)星，可提供集成各類衛(wèi)星應(yīng)用的方案解決平臺。與其他衛(wèi)星不同的是，“天智一號”有一個“航天應(yīng)用商店”，人們可以通過手機(jī)應(yīng)用程序直接訪問查詢衛(wèi)星，甚至還能指揮衛(wèi)星在軌“自拍”。

當(dāng)然，要想促使衛(wèi)星應(yīng)用真正進(jìn)入“尋常百姓家”，還需要為衛(wèi)星寫程序。軟件定義衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)主流編程環(huán)境最大程度兼容性，人人都可以開發(fā)星載軟件，上傳到“航天應(yīng)用商店”進(jìn)行軟件上注和在軌試驗(yàn)。軟件定義衛(wèi)星的核心是天基超算平臺和星載操作環(huán)境，功能類似于計(jì)算機(jī)“主板”與操作系統(tǒng)。天基超算平臺集成星載傳感器、執(zhí)行器和通信器，提供豐富的接口形式和強(qiáng)大的計(jì)算能力。星載操作環(huán)境主要為各類應(yīng)用程序提供平臺運(yùn)行支撐，實(shí)現(xiàn)各類軟硬件即插即用和動態(tài)配置。

這樣看來，需求可定義、硬件可重組、軟件可升級、功能可重構(gòu)的軟件定義衛(wèi)星，猶如一臺隨時可以安裝不同應(yīng)用軟件的“太空計(jì)算機(jī)”，為其編寫的應(yīng)用程序上注衛(wèi)星后，可靈活改變衛(wèi)星應(yīng)用模塊的軟硬件組成，組合出滿足各種任務(wù)需求的衛(wèi)星系統(tǒng)，執(zhí)行不同空間任務(wù)。英國薩里衛(wèi)星技術(shù)有限公司的全球首枚軟件定義商業(yè)通信衛(wèi)星，就允許衛(wèi)星運(yùn)營商根據(jù)需求調(diào)整衛(wèi)星業(yè)務(wù)，在衛(wèi)星發(fā)射入軌后實(shí)時調(diào)整衛(wèi)星參數(shù)，大幅降低衛(wèi)星運(yùn)營成本。

軍用融合開啟未來應(yīng)用

近年來，軟件定義衛(wèi)星被認(rèn)為是衛(wèi)星軍民融合應(yīng)用“典范”。以“天智一號”為例，除用戶可注入軟件并查詢衛(wèi)星狀態(tài)外，它還具備智能目標(biāo)檢測識別、智能云判讀、智能姿態(tài)控制等執(zhí)行智能化任務(wù)的能力。此項(xiàng)技術(shù)一旦推廣應(yīng)用，不僅能有力提升衛(wèi)星對載荷的適配能力和對軟件的兼容性，還能打造出高速信息傳輸、存儲、處理和靈活應(yīng)用的“太空多面手”，為智能化軍事應(yīng)用和民用領(lǐng)域提供廣闊的發(fā)展前景。

軟件定義衛(wèi)星能為人們提供高速通信、精確導(dǎo)航、態(tài)勢感知和空間授時服務(wù)等，無論是戰(zhàn)場作戰(zhàn)單兵，還是農(nóng)民、天文愛好者或是自然資源普查人員，都可以通過手機(jī)軟件與衛(wèi)星進(jìn)行一場“星地對話”。借助軟件定義衛(wèi)星，士兵可以快速獲取衛(wèi)星圖像，掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，農(nóng)民、天文愛好者和自然資源普查人員可租用衛(wèi)星，獲取衛(wèi)星服務(wù)。未來，研究人員借助軟件定義衛(wèi)星，還將搭建天地一體信息網(wǎng)，開發(fā)更多衛(wèi)星智能化應(yīng)用。