遥感星座建设_遥感星座规划

来源:科技日报

“可编程‘智能卫星’的出现使卫星能够在轨道上改变任务和功能，这将改变原有的产业链，许多相关产业将因卫星功能的改善而消失。”在不久前举行的2019美国卫星大会上，传统卫星制造商洛克希德·马丁公司让人们真正意识到，卫星的新时代已经到来。

一些媒体评论了这些变化。“人工智能、软件定义等过去只能从新型航天公司听到的词汇，已经多次出现在传统企业的演讲中。”传统势力也乐于“拥抱”新技术，人工智能卫星、天基AI真的来了。

“原来卫星定位为遥感卫星之前只负责遥感，气象卫星只负责气象，探测卫星只负责探测。但是，未来的智能卫星可以具备‘转换思维’的能力，根据(安装的)软件的不同，做完全不同的事情。”近日，中国2019软件定义卫星高峰论坛举行。中科院软件所研究员赵俊锁解释说，这就是前面提到的“任务和功能的转变”。在卫星上装载天基超级计算平台，不仅可以改变卫星的用途，还可以做很多意想不到的事情。目前国内已经有实验星在运行。

智能卫星有什么特别的？

据悉，智能卫星具有“判云读雾”和“无人驾驶”的能力。

“判云读雾”其实是对画质的一种解读。据介绍，传统卫星没有判读能力，所有镜头都会“原封不动”下载下来，由地面测控中心进行筛选重组，会浪费大量频道资源。搭载人工智能系统的卫星会对有用的下行进行“解读”和“筛选”，既进行了初筛又节省了大量的信道资源。

“无人驾驶”这个词在业内是有争议的。有业内人士表示，卫星不是交通工具，不应该说是“驾驶”。卫星的存在只是为了运行、维护和操作。“如果要表达无人运维或者无人控制的概念，目前的LEO卫星在测控不可见弧段时，大部分都是无人(靠自主控制)的，需要在可见弧段进行测控。”

其实在天基领域，卫星会受到太阳、地球等引力的影响，轨道会发生漂移。各种干扰引起的摄动需要卫星的测控支持。

虽然“无人控制”很难实现，但真正的智能卫星是可以“请求”控制的。2018，110，中科院软件发射入轨的“天智一号”标有自主请求管控APP，可利用星上实时或历史全球导航卫星系统定位数据进行自主定轨，未来可高精度调整轨道。卫星也有判断能力。一旦发现轨道偏差超过设定阈值，卫星会独立向地面发出控制请求。2019年10月7日至2019年3月7日，中国科学院软件研究所、Xi安卫星TT&C中心、中国科学院微小卫星创新研究院联合开展了自主请求控制实验，获得成功。

相关实验也证明，智能卫星的解译数据经过初步筛选后可以进一步计算，从数据中提取信息，如交通监测、植被监测、民航机场应急监测等。比如比较一个机场每天起降的航班数量，卫星可以在太空中计算，直接给出数据，不用传下去重新计算，数据传输量很可能减少近100倍。

可变任务、基于空间的计算、请求控制等。是智能卫星的所有功能。但这还不是全部。赵俊锁说:“我们要打造的是一个智能无限延伸的平台。人工智能的发展不是一个单位可以单独完成的。正因如此，该软件希望将底层算法移植到卫星上，让地面的软件开发者也能参与天基智能的形成。”

功耗、计算能力、卫星数据安全等问题都需要解决。

对于更高层次的人工智能来说，功耗和计算能力是两个“拦路虎”。卫星的载荷是有限的，在太空运行很难获得大量的运行能量。因此，如何在低功耗的情况下发挥最大的计算能力，是必须解决的问题。

“天智一号”还搭载了云计算平台，通过自主感知计算负载，实现计算资源的智能管理和调度，在轨完成大部分数据处理工作，节省了大量不必要的数据传输。

目前大部分人工智能的模型都在地面上，无法在太空中进行。它还是需要收集大量的数据，学习后上传。很难反复纠正和训练他们。

但是把地面的超级计算机的处理能力搬到天上很难，主要是无法克服负载和功耗的问题。“未来，我们希望通过软件的方式，为功耗更低的芯片做算法‘翻译’，让运行在GPU(图形处理器)上的算法直接运行在低功耗处理器上，把人工智能算法搬到卫星上。这样就可以在卫星上做更多的操作，卫星上的人工智能和地面的差距越来越小。”赵军锁说。

此外，卫星系统的安全性也是需要解决的课题之一。据报道，在美国卫星大会上，洛克希德·马丁公司表达了对智能卫星安全性的担忧。

哪里有代码，哪里就有可以攻击的漏洞。让卫星获得人工智能离不开系统、应用、算法、软件，这些都是通过代码来实现的。毫无疑问，使用开源代码，如果没有透彻的理解和认识，很容易被攻击。

因此，要保证卫星安全，就必须实现底层代码的自主控制。

软件定义卫星联盟正在建设的SPUTNIX系统是一个定制系统，在开放的同时保证了卫星系统的安全性和可靠性。

星间通信链路是构建人工智能星座的关键。

只有单颗卫星实现人工智能后，才能构建人工智能星座。当系统从一个变成一个组时，卫星之间的数据传输就成了一个需要解决的问题，如何最快的传输数据，如何最优分配计算能力等问题也随之而来。

在茫茫太空中，相距甚远的卫星发射的激光如何到达另一颗卫星的接收设备？

“两颗恒星之间的平均距离是几千公里，它会相对较快地移动。”关于星座间的通信，星云航天公司副总经理李杜表示，两颗星之间建立通信的瞬间精度只是第一步，在恶劣的空间环境下保持均匀持续的联系是稳定的，也对星间通信设备提出了更高的要求。

杜利介绍，建立星间通信链路并保持链路稳定是最关键的技术。两颗卫星始终以相对较高的速度运动，需要瞄准、捕获和跟踪才能成功建链并保持稳定。

“星间激光通信是对极远距离、极微弱信号的探测，其技术难点来自于超远距离、链路的动态变化和复杂的空间环境。”杜利说，由于超远距离，卫星之间可以使用激光通信技术，这就需要研制高功率、低功耗、窄线宽、温度稳定性好的激光模块、超高灵敏度光电探测器和高速光电转换器件。

此外，在星座系统的规模方面，李杜提醒，一般来说，如果单颗卫星质量小于100公斤，功能单一，其投入成本并不高，几十个或上百个星座的投资、建设和运营还是可以承受的，长期运营有好的商业模式也可以盈利；但如果单颗卫星的质量达到几吨甚至几吨，其结构和功能往往很复杂，制造成本很高，其星座系统的建设、运行和管理也很复杂。整个系统的投资就像天文数字，一般很难用商业航天模式解决。这种商业航天项目通常很难盈利，也很难成功。