吳彪 李桐

自1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來，人類探索太空的腳步從未停止。截至2018年11月，人類先后向太空發(fā)射了近5000顆人造衛(wèi)星。但這些衛(wèi)星都有一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是它們都是為特定任務(wù)專門定制，功能單一，用戶單一。

2018年11月20日7點(diǎn)40分，中國科學(xué)院軟件研究所牽頭的軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心向500公里外的太陽同步軌道發(fā)射了一顆代號(hào)為“天智一號(hào)”的新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星打破傳統(tǒng)衛(wèi)星延續(xù)60多年的常規(guī)，有著諸多顯著特點(diǎn)。

它采用開放系統(tǒng)架構(gòu)，其核心是一個(gè)微型云計(jì)算平臺(tái)；它支持多用戶、多任務(wù)，任何人都可以為其開發(fā)軟件并將其上注到星上開展在軌試驗(yàn)；它還有一個(gè)“追星”App客戶端，通過智能手機(jī)即可實(shí)時(shí)查看這顆衛(wèi)星的在軌飛行狀態(tài)，指揮它完成“拍照”任務(wù)；它還支持對(duì)“圖像”進(jìn)行在軌實(shí)時(shí)智能處理，不用將無效數(shù)據(jù)傳回地面，只需將有用信息或“好的照片”下傳即可……這在航天界是一個(gè)“新鮮事”。中央電視臺(tái)、新華社、人民網(wǎng)等諸多媒體對(duì)這次航天領(lǐng)域的“小”事件進(jìn)行了大量報(bào)道。

一個(gè)航天界的“小事件”何以吸引這么多媒體的密切關(guān)注？對(duì)很多普通老百姓來說，他們或許有這樣的疑問，但對(duì)很多業(yè)內(nèi)人士來說，他們知道其實(shí)這件“小”事并不小，它極有可能會(huì)對(duì)航天產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展產(chǎn)生“顛覆性”的影響，甚至可能會(huì)改變其走向。它意味著：從此，航天活動(dòng)不再只是“少數(shù)人的游戲”，大眾也不再只是“旁觀者”。從此，航天開始逐漸步入大眾時(shí)代和智能時(shí)代……

“天智一號(hào)”是一顆怎樣的衛(wèi)星？什么是軟件定義衛(wèi)星？軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟（以下簡稱“聯(lián)盟”）是一個(gè)怎樣的組織？軟件定義衛(wèi)星將有一個(gè)怎樣的未來……帶著一系列的疑問，耗時(shí)1年，《科學(xué)中國人》走訪了聯(lián)盟的諸多單位，參加了他們?cè)谏綎|日照舉行的2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇，與諸多與會(huì)院士、專家和商業(yè)航天公司的代表進(jìn)行了大量交流。根據(jù)獲得的大量的第一手材料，我們力爭對(duì)這一系列疑問有全面、細(xì)致的答疑解惑。

天基無小事 智勝在編程

——從平臺(tái)優(yōu)先到載荷優(yōu)先，從載荷優(yōu)先到算法優(yōu)先

“天智一號(hào)”是由中國科學(xué)院軟件研究所牽頭，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、航天九院771所、中國科學(xué)院光電院、中國科學(xué)院西光所等單位共同研制的軟件定義新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，整星重約27公斤，是“天智”系列首星。

“這是一顆可以通過上注App改變其功能的衛(wèi)星，你可以把它看成一臺(tái)在太空飛行的配有多種特殊外設(shè)（有效載荷）的‘迷你型超級(jí)計(jì)算機(jī)（天基超算平臺(tái)）。”作為軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟的秘書長，中國科學(xué)院軟件研究所研究員趙軍鎖的解釋通俗易懂，他將天基超算平臺(tái)比作衛(wèi)星的“大腦”，而有效載荷相當(dāng)于衛(wèi)星的“眼睛、耳朵和四肢”，其中，軟件定義衛(wèi)星的核心，也就是“大腦”——天基超算平臺(tái)，它是幫助衛(wèi)星直接在天上進(jìn)行實(shí)時(shí)智能計(jì)算的功臣。

“天智的意思就是天基智能?！壁w軍鎖和他的聯(lián)盟同伴們有一個(gè)夢(mèng)想，就是將傳統(tǒng)衛(wèi)星演變?yōu)橹悄苄l(wèi)星，“就像傳統(tǒng)手機(jī)演變?yōu)橹悄苁謾C(jī)一樣?！薄半m然說摩爾定律快要失效了，但30多年來，計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、傳輸能力提升了差不多100萬倍。可惜航天界沒能充分利用好摩爾定律紅利，我們希望能盡快補(bǔ)上這一課?！彼麄?cè)凇疤熘且惶?hào)”衛(wèi)星上搭載了4部國產(chǎn)智能手機(jī)作為天基超算平臺(tái)的重要組成部分，利用硬件加固和軟件容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)利用商用器件大幅提高星載計(jì)算能力進(jìn)行了有益的嘗試。他們還在軟件定義衛(wèi)星上建設(shè)了航天應(yīng)用商店，“我們不但歡迎廣大第三方為其開發(fā)軟件，也歡迎廣大第三方在其上部署軟件，衛(wèi)星App品種和數(shù)量越多，衛(wèi)星能夠做的事情就越多。這樣一來，衛(wèi)星就可以共享使用了。就像可以租用云計(jì)算、使用虛擬機(jī)一樣，將來人們也可以租用虛擬衛(wèi)星。我們可以借助軟件和算法把天上飛行的成百上千顆支持軟件定義的物理衛(wèi)星演變?yōu)槌汕先f顆虛擬衛(wèi)星，從而大大提升衛(wèi)星的效費(fèi)比?！?/p>

“傳統(tǒng)衛(wèi)星都是封閉架構(gòu)，為特定任務(wù)定制衛(wèi)星，為特定衛(wèi)星定制載荷，為特定載荷定制軟件等，可謂‘一星一任務(wù)，一箭定終生；動(dòng)輒三五億，鬢白功始成。封閉系統(tǒng)架構(gòu)的結(jié)果必然導(dǎo)致硬件、軟件不兼容，無法互換復(fù)用。這樣衛(wèi)星成本肯定下不來。此外，衛(wèi)星是一個(gè)特殊行業(yè)，保密是一大特色。有些是國家秘密，必須得保，但保密帶來的最大問題就是無法形成大的技術(shù)生態(tài)，整個(gè)行業(yè)很封閉，技術(shù)迭代很慢。無止境地追求高可靠性是這個(gè)行業(yè)的另一大特色。為了確保項(xiàng)目成功，甚至到了不計(jì)成本、不計(jì)代價(jià)的地步。沒有人從大系統(tǒng)的角度考慮問題，用戶部門覺得既然造一顆衛(wèi)星要花這么多錢，那么肯定希望它能多用幾年，當(dāng)長壽命成為一種無止境的追求時(shí)，行業(yè)就進(jìn)入了一種沒有上限的正反饋……這是一個(gè)怪圈兒！所以，凡事兒都要有一個(gè)度，有一個(gè)平衡點(diǎn)。要想技術(shù)進(jìn)步快，必須多迭代，不能指望著一勞永逸，一次解決所有問題……”在行業(yè)內(nèi)摸爬滾打多年，趙軍鎖對(duì)行業(yè)發(fā)展的形勢(shì)、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)都有著再清醒不過的認(rèn)識(shí)。

“萬物皆數(shù)，很多問題都可以轉(zhuǎn)換成計(jì)算問題。軟件定義衛(wèi)星的思想就是以計(jì)算為核心、硬件最小化、軟件最大化。奧卡姆剃刀原理說得好，‘如無必要勿增實(shí)體。不是不要硬件，而是簡化硬件。在必要的硬件基礎(chǔ)上，通過軟件去解決剩下的問題?！薄拔覍?duì)軟件定義衛(wèi)星的看法是：‘軟件定義概念同，賦值賦智又賦能，天基從來無小事，智勝未來在編程。軟件定義衛(wèi)星是必然的發(fā)展趨勢(shì)，是通往智能航天時(shí)代的金鑰匙。目前，衛(wèi)星研制正在從平臺(tái)優(yōu)先向載荷優(yōu)先過渡，而軟件定義衛(wèi)星等于把衛(wèi)星研制向前又推進(jìn)了一大步，變成了軟件優(yōu)先、算法優(yōu)先。這是一個(gè)巨大的進(jìn)步……”深入研究換來的是對(duì)整個(gè)行業(yè)的真知灼見，作為聯(lián)盟的“總體規(guī)劃師”，以趙軍鎖秘書長為代表的中國科學(xué)院軟件研究所人對(duì)軟件定義衛(wèi)星的未來發(fā)展方向也越走越清晰。

771研究所：為軟件定義衛(wèi)星裝上“大腦”

中國航天科技集團(tuán)有限公司第九研究院第771研究所（又稱“西安微電子技術(shù)研究所”，簡稱“771所”）始建于1965年10月，是全國唯一集計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體集成電路和混合集成電路科研生產(chǎn)為一體的大型綜合研究所。自建所以來，771所取得了一系列重大科研成果，參加了載人航天工程、探月工程等一系列國家重點(diǎn)工程研制及發(fā)射任務(wù)，創(chuàng)造了我國計(jì)算機(jī)和集成電路發(fā)展史上的“三十九個(gè)第一”等。

作為我國唯一一家從芯片設(shè)計(jì)到芯片制造，從微系統(tǒng)集成再到整機(jī)，甚至到整個(gè)測試篩選實(shí)驗(yàn)等產(chǎn)業(yè)鏈“做到頂”的單位，771所在計(jì)算能力上的多年積累，為聯(lián)盟提高軟件定義衛(wèi)星“大腦”的計(jì)算能力提供了強(qiáng)大的支撐。新時(shí)代開啟，771所在唐磊所長的領(lǐng)導(dǎo)下，致力于不斷創(chuàng)新，持續(xù)推動(dòng)航天產(chǎn)品朝著低成本、高性能、高可靠方向發(fā)展。從降低衛(wèi)星成本、縮短其研制周期、避開功能單一的缺陷、發(fā)展航天技術(shù)的目標(biāo)和方向來說，771所和聯(lián)盟的理念是一致的。

與所里很多做型號(hào)的部門不同，研究員王竹平所在的研究發(fā)展事業(yè)部更關(guān)注下一代的前沿發(fā)展技術(shù)?！拔覀兊膹?qiáng)項(xiàng)是計(jì)算能力，致力于把計(jì)算能力做成產(chǎn)品?？梢哉f跟中國科學(xué)院軟件研究所是‘軟硬結(jié)合。如果說軟件是軟件定義衛(wèi)星的‘靈魂，那么計(jì)算能力是它的‘基礎(chǔ)”。據(jù)王竹平介紹，771所在計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體集成電路和混合集成電路三大特色專業(yè)上的積累恰好為降低衛(wèi)星制造和使用的成本、提升定義衛(wèi)星的各項(xiàng)能力提供了基礎(chǔ)支撐?！澳壳埃覀兲嵘?jì)算能力的理念是：單個(gè)計(jì)算芯片在計(jì)算能力達(dá)不到需要的時(shí)候，我們可以選擇再插一塊板，相當(dāng)于是一個(gè)人干不成的事情，多個(gè)人一起干，這是協(xié)同計(jì)算的思想。云計(jì)算平臺(tái)也一樣，除了微小集成、提高單片效率之外，我們可以通過混合集成電路的研究把不同計(jì)算資源混合在一起來提升計(jì)算能力。往后隨著處理器的不斷進(jìn)步，我們還可以繼續(xù)不斷往里面豐富和集成，更大地提升計(jì)算能力。軟件定義衛(wèi)星的顯著特點(diǎn)之一即照片無效數(shù)據(jù)可以不用回傳就可以直接處理，這就是計(jì)算能力提高的功勞……”計(jì)算能力的提升為軟件定義衛(wèi)星的發(fā)展提供了更為廣闊的前景，事實(shí)上，軟件定義衛(wèi)星諸多特點(diǎn)也如磁石般吸引著研發(fā)團(tuán)隊(duì)，“它為縮短硬件和應(yīng)用的距離提供了技術(shù)途徑，為新技術(shù)的開發(fā)試驗(yàn)應(yīng)用提供了一個(gè)很好的平臺(tái)等”。771所和聯(lián)盟的融合可以說是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、互惠互利，目標(biāo)都一致，就是更好地貼近用戶。

王竹平表示，因?yàn)槟繕?biāo)一致、志同道合，771所也是從聯(lián)盟成立以前就積極、自愿無私地投入到推進(jìn)軟件定義衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的各項(xiàng)事業(yè)中。先有工作，后有聯(lián)盟。771所參與的工作涉及方方面面，包括“天智一號(hào)”的研發(fā)方案設(shè)計(jì)，商用手機(jī)的加固、云平臺(tái)的設(shè)計(jì)等，后續(xù)的天智系列工作也一直在跟進(jìn)，“這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，比如，與‘天智一號(hào)不一樣的是，‘天智二號(hào)正朝著國產(chǎn)化的方向邁進(jìn)，我們?cè)谧龅纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片處理器實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的同時(shí)也能提高計(jì)算能力，按趨勢(shì)來看，目前我們的目標(biāo)是把單星的智能化程度提高，‘天智二號(hào)已經(jīng)在踐行，下一步的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，可能到‘天智三號(hào)后我們就能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)了，這意味著衛(wèi)星的智能化水平就更強(qiáng)了，也可以做更多的事情，比如，我們可以更好地服務(wù)‘一帶一路，普通大眾也可以短期租用衛(wèi)星做他們想要做的事情……”智能引領(lǐng)商業(yè)航天，在這里不再是一句看似遙遠(yuǎn)的口號(hào)，而是越來越完善的技術(shù)，真真切切的行動(dòng)。

聚四海之氣，借八方之力。聯(lián)盟成立短短兩年多，就已經(jīng)從四海八方匯聚起越來越多志同道合的人為共同的目標(biāo)而奮斗，如今成員單位已經(jīng)超過了130家，他們囊括產(chǎn)學(xué)研用產(chǎn)業(yè)鏈條上各種類型的單位，目的就是希望發(fā)揮各家所長，突破行業(yè)界限，打破行業(yè)壁壘，百家爭鳴、百花齊放，建立起良好的業(yè)內(nèi)生態(tài)環(huán)境，從而推動(dòng)軟件定義衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展，真正做到讓衛(wèi)星為大眾所用。

當(dāng)國家建設(shè)航天強(qiáng)國的號(hào)角吹起，迎著嘹亮的沖鋒號(hào)，以聯(lián)盟為代表的航天人開啟了他們探索實(shí)踐的新征程。

微納衛(wèi)星研究所：微納平臺(tái)助力軟件定義衛(wèi)星

中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所是聯(lián)盟的又一共同發(fā)起人。作為我國小衛(wèi)星及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的總體單位之一，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院已成功發(fā)射包括新一代“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、“天宮二號(hào)”伴隨衛(wèi)星等43顆衛(wèi)星，成為我國科學(xué)衛(wèi)星領(lǐng)域的主力軍和軍民衛(wèi)星領(lǐng)域的方面軍。而作為微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院開設(shè)的院所之一，微納衛(wèi)星研究所面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，定位目標(biāo)清晰，即為實(shí)用化微納衛(wèi)星整體解決方案的服務(wù)商。成立以來，微納衛(wèi)星研究所先后主持、參與研發(fā)了中科院“北斗”導(dǎo)航首發(fā)星I1-S、軌道最低地球衛(wèi)星LX-1、“向日葵一號(hào)”等衛(wèi)星。

近幾年來，在“天智一號(hào)”項(xiàng)目中，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所承擔(dān)了衛(wèi)星總體研制，系統(tǒng)集成測試的任務(wù)，同時(shí)也負(fù)責(zé)項(xiàng)目工程管理和衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，研究所基于自主開發(fā)的WN5000衛(wèi)星平臺(tái)和自有星上單機(jī)產(chǎn)品庫迅速搭建出模塊化、低成本的衛(wèi)星平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星平臺(tái)的短周期快速研制。其中，WN5000衛(wèi)星平臺(tái)作為微納衛(wèi)星研究所的系列模塊化平臺(tái)之一，主要應(yīng)用于總重25kg？65kg、壽命2？3年的低軌衛(wèi)星，載荷比可達(dá)50%，具有高度模塊化、研制快、成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)。

在衛(wèi)星平臺(tái)研制領(lǐng)域深耕十?dāng)?shù)年，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院已經(jīng)發(fā)射的衛(wèi)星涵蓋了從大型衛(wèi)星到微納衛(wèi)星的全系列產(chǎn)品線，實(shí)現(xiàn)了高性能、短周期、高可靠、低成本的全方位優(yōu)勢(shì)，但是實(shí)力如此強(qiáng)勁的傳統(tǒng)單位也對(duì)自身行業(yè)產(chǎn)生了危機(jī)感，相比地面智能設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，當(dāng)前的衛(wèi)星研制模式過于封閉和分割，與地面先進(jìn)技術(shù)聯(lián)系薄弱，有一種被遠(yuǎn)遠(yuǎn)落下的感覺。

有感于傳統(tǒng)衛(wèi)星研制模式的痼疾，微納衛(wèi)星研究所副所長張科科及他所在的團(tuán)隊(duì)在軟件定義衛(wèi)星領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。“我們的初衷很簡單——衛(wèi)星早已在生活中的方方面面得到應(yīng)用，但對(duì)大部分普通人來說，衛(wèi)星行業(yè)仍然是遙遠(yuǎn)、高大上的科技行業(yè)。我們的目標(biāo)是讓航天變得簡單、大眾、易得，讓普通人就可以把自己的創(chuàng)意和想法運(yùn)行到太空中去。”張科科如是闡述他們的夢(mèng)想，與聯(lián)盟的目標(biāo)有諸多異曲同工之處，加盟是再自然不過的事情。作為聯(lián)盟的副秘書長，張科科雖年輕、思維活躍，但也已經(jīng)有著豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。和馬彩文所長一樣，他也是在聯(lián)盟成立前，就已經(jīng)和聯(lián)盟其他成員有過多次深度的合作。在聯(lián)盟成立前后期，也是不辭辛勞為聯(lián)盟的籌備和各項(xiàng)活動(dòng)成功舉辦做了大量的工作。

站在我國商業(yè)微小衛(wèi)星浪潮前端，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所同樣把軟件定義衛(wèi)星的發(fā)展視作相關(guān)行業(yè)的發(fā)展契機(jī)?！跋鄬?duì)于大型衛(wèi)星來說，微納衛(wèi)星研制周期短、功能密度和性價(jià)比高，通過使用適應(yīng)空間環(huán)境的商業(yè)器件，以組批生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，快速實(shí)現(xiàn)星座組網(wǎng)運(yùn)行，可大幅縮短整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)地重訪周期，快速提升全球覆蓋能力。不久的將來，越來越多的衛(wèi)星體積可能只有1立方毫米，卻能裝下幾百萬個(gè)晶體管和鹽粒般大小的‘大腦。這些衛(wèi)星重量越輕、體積越小，發(fā)射所需的費(fèi)用也就越低?！边@支團(tuán)隊(duì)所關(guān)注的領(lǐng)域被稱為是未來航天器發(fā)展的重要方向之一。然而，當(dāng)前很多微納衛(wèi)星制造商未擺脫傳統(tǒng)衛(wèi)星的研制方式，僅通過簡化衛(wèi)星功能，降低衛(wèi)星質(zhì)量等手段降低衛(wèi)星成本，繼續(xù)進(jìn)行著“重復(fù)發(fā)明輪子”的工作，其靈活性、智能性、可復(fù)用性等方面都有待提高。

“軟件定義衛(wèi)星主要通過對(duì)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。模塊化開放的體系架構(gòu)旨在將軟硬件平臺(tái)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。它就像是一臺(tái)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?！毕瘛皹犯叻e木”一樣組合拼裝的模塊化可擴(kuò)展微納平臺(tái)，具備高集成、低成本、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點(diǎn)……軟件定義衛(wèi)星的種種美好像磁石一樣吸引眾多行業(yè)精英投入其中。

帶著對(duì)未來的期盼，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所相關(guān)人員積極投入到軟件定義衛(wèi)星的工程建設(shè)中，在“天智一號(hào)”衛(wèi)星軟件設(shè)計(jì)方面，他們進(jìn)行了開源設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)提供平臺(tái)在軌姿態(tài)、能源等關(guān)鍵信息以滿足星載APP在軌智能資源調(diào)度、任務(wù)規(guī)劃的需求，充分體現(xiàn)了軟件定義和智能的思想。研究越深入，了解越多，他們?cè)绞菍?duì)軟件定義衛(wèi)星的前景充滿肯定。特別是基于軟件定義衛(wèi)星技術(shù)的空間智能應(yīng)用，結(jié)合空間5G技術(shù)、先進(jìn)可重構(gòu)載荷技術(shù)、模塊化微納衛(wèi)星技術(shù)等，他們提出了通過一體化星地網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式將可以極大提升現(xiàn)有航天系統(tǒng)的運(yùn)行效能，從而實(shí)現(xiàn)空間任務(wù)的快速重構(gòu)、即時(shí)響應(yīng)和對(duì)空間資產(chǎn)的最大化利用。

“我們可以設(shè)想一下未來的生活，那些天上的衛(wèi)星可以組成一張無縫的天網(wǎng)，通信、導(dǎo)航、遙感全覆蓋，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，自動(dòng)駕駛，6G通信，實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)惠及老百姓……”有夢(mèng)想就有動(dòng)力，帶著對(duì)未來的遐想，這群造夢(mèng)衛(wèi)星的人不懈前行。

工程為牽引，論壇、大賽為抓手

——各種形式敞開商業(yè)航天大門

2017年9月9日，“第一屆軟件定義衛(wèi)星高峰論壇”暨“聯(lián)盟成立大會(huì)”在電子科技大學(xué)的協(xié)助下于成都順利召開，由此正式拉開了聯(lián)盟系列活動(dòng)的序幕?！叭绾尾拍茏寘R聚起來的多方力量形成良好的技術(shù)生態(tài)？兩年多的時(shí)間里，聯(lián)盟一直在進(jìn)行很好的嘗試，他們以“發(fā)展軟件定義衛(wèi)星技術(shù)，助力商業(yè)航天”為宗旨，做了大量工作，取得了不錯(cuò)的成績。通過一系列的活動(dòng)就可以窺知一二。

2018年4月6—7日，聯(lián)盟在雁棲湖畔舉辦了“2018軟件定義衛(wèi)星高峰論壇”。李德仁院士、楊小牛院士、毛二可院士、林惠民院士、周志成院士及來自聯(lián)盟內(nèi)部多個(gè)科研機(jī)構(gòu)和高等院校、商業(yè)航天公司的代表300余人參加了大會(huì)。這次大會(huì)征集了82篇學(xué)術(shù)論文，大會(huì)報(bào)告49場，給優(yōu)秀論文作者頒發(fā)了“努比亞之星”獎(jiǎng)，給優(yōu)秀衛(wèi)星App開發(fā)者頒發(fā)了“天智星云”獎(jiǎng)。中央電視臺(tái)等諸多媒體從不同的角度對(duì)此事進(jìn)行了報(bào)道。一系列的活動(dòng)內(nèi)容揭示了聯(lián)盟的運(yùn)行機(jī)制：通過“軟件定義衛(wèi)星高峰論壇”促進(jìn)科研院所、高等院校的科研人員、研究生群體圍繞“軟件定義衛(wèi)星”開展科學(xué)研究和技術(shù)交流；通過“軟件定義衛(wèi)星App大賽”吸引和鼓勵(lì)廣大第三方為“軟件定義衛(wèi)星”開發(fā)軟件；通過“天智工程”凝聚各方力量共同研制“天智系列新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星”，“共享”在軌試驗(yàn)資源，共同推動(dòng)軟件定義衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，共同推動(dòng)軟件定義衛(wèi)星技術(shù)規(guī)范的建立……

2019年7月5—7日，“2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇”在山東日照召開。這屆論壇得到了日照市人民政府的支持，日照市市長李永紅出席會(huì)議并致辭。論壇期間，“日照軟件定義衛(wèi)星技術(shù)研究中心”揭牌成立；聯(lián)盟與日照市人民政府簽訂戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，與日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院簽訂聯(lián)合辦學(xué)合作協(xié)議；聯(lián)盟中的多家單位共同啟動(dòng)了2019軟件定義衛(wèi)星應(yīng)用大賽；聯(lián)盟秘書長、天智工程總負(fù)責(zé)人趙軍鎖主持了“天智二號(hào)”衛(wèi)星聯(lián)合研制工程協(xié)調(diào)會(huì)，向大家介紹了“天智二號(hào)”的總體架構(gòu)和當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)，歡迎更多的單位參與到天智衛(wèi)星的研制中來。據(jù)了解，“天智二號(hào)”的聯(lián)合研制單位已多達(dá)數(shù)十家，并且大多都是“自帶干糧”，既出錢又出力，這也從另外一個(gè)角度反映了聯(lián)盟成員單位對(duì)推動(dòng)軟件定義衛(wèi)星事業(yè)的信心和決心。

歐陽自遠(yuǎn)院士、龔惠興院士、林惠民院士、王建宇院士、楊小牛院士參加了此次大會(huì)，他們與相關(guān)領(lǐng)域的專家、學(xué)者一起，通過主旨報(bào)告和圓桌論壇的形式，共同探討了發(fā)展天基智能的必要性和制約天基智能發(fā)展的瓶頸以及如何建立軟件定義衛(wèi)星生態(tài)環(huán)境等核心問題。會(huì)議共收到論文66篇，大會(huì)報(bào)告34場，20家單位展示了其軟件定義衛(wèi)星相關(guān)的最新產(chǎn)品。中央電視臺(tái)等諸多媒體對(duì)此次論壇、“天智一號(hào)”衛(wèi)星在軌試驗(yàn)情況及“天智二號(hào)”衛(wèi)星的研制進(jìn)展情況進(jìn)行了報(bào)道。

“嫦娥之父”歐陽自遠(yuǎn)院士在接受記者采訪時(shí)謙虛地表示他此次參會(huì)是“抱著學(xué)習(xí)的態(tài)度來的”?！叭祟愐验_始進(jìn)入智能時(shí)代，我們也希望中國航天能‘插上智能的翅膀，這樣才能在深空探測上飛得更遠(yuǎn)，中國有能力飛得更遠(yuǎn)……”把自己稱為“人工智能直接受惠者”的歐陽院士，用“多、快、好、省”4個(gè)字概括了他對(duì)軟件定義衛(wèi)星的理解，對(duì)智能衛(wèi)星的發(fā)展充滿了期待。

在論壇的圓桌對(duì)話環(huán)節(jié)，王建宇院士說：“這項(xiàng)工作很了不起！如果走通了，將對(duì)中國航天的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，衛(wèi)星研制成本將大幅下降，衛(wèi)星應(yīng)用效能將得到大幅提升……”楊小牛院士則強(qiáng)調(diào)了發(fā)展軟件定義載荷的重要性。

這兩次軟件定義衛(wèi)星高峰論壇各有不同，如果說第一次有很多人是抱著好奇心來看看的，那么第二次軟件定義衛(wèi)星高峰論壇則在深度和廣度上有了更大的進(jìn)步?？梢钥吹贸鰜恚熘枪こ?、高峰論壇、應(yīng)用大賽是聯(lián)盟“聚四海之氣、借八方之力”，加速推進(jìn)軟件定義衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的重要抓手。

在創(chuàng)新大環(huán)境下，軟件定義衛(wèi)星是一種科技創(chuàng)新，聯(lián)盟是一種制度創(chuàng)新，軟件定義衛(wèi)星應(yīng)用大賽是一種人才創(chuàng)新，在創(chuàng)新過程中，趙軍鎖及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出了很多的第一次：天智衛(wèi)星是航天歷史上第一顆采用開放系統(tǒng)架構(gòu)的衛(wèi)星，并且是第一次以“眾籌”方式開展工程研制的成功案例；“天智一號(hào)”是航天歷史上第一顆鼓勵(lì)第三方為其開發(fā)軟件并在其上部署軟件的試驗(yàn)衛(wèi)星，也是航天歷史上第一顆支持多用戶、多任務(wù)、可以“分時(shí)共享使用”的衛(wèi)星；中國西安衛(wèi)星測控中心的“牧星人”們第一次為衛(wèi)星開發(fā)了“星載測控軟件”，對(duì)他們一直想要發(fā)展的“自主式請(qǐng)求測控”開展了首次試驗(yàn)；中國科學(xué)院大學(xué)的一名博士幸運(yùn)地成了第一個(gè)將其博士課題中的“算法”上注到衛(wèi)星之上并成功開展了在軌試驗(yàn)的在校學(xué)生；河南大學(xué)的一名本科生開發(fā)了第一個(gè)用于管控衛(wèi)星的智能手機(jī)App“追星”……這群腳踏實(shí)地仰望星空的年輕人就是這樣在一步一步地扎實(shí)前行，兢兢業(yè)業(yè)地推動(dòng)著軟件定義衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展。軟件定義衛(wèi)星已經(jīng)成了眾人的共同夢(mèng)想。

“為了加速發(fā)展軟件定義衛(wèi)星技術(shù)，我們除了要宣傳、鼓動(dòng)之外，還需要組織千百萬人參與到軟件定義衛(wèi)星的研發(fā)、生產(chǎn)、管理、使用中來。這是一項(xiàng)需要海納百川才能成功的大事業(yè)！如果把發(fā)展軟件定義衛(wèi)星比喻為萬里長征的話，‘天智一號(hào)的發(fā)射只不過是‘軟件定義衛(wèi)星人邁出的堅(jiān)實(shí)的第一步。我們有理由相信，聯(lián)盟一定能夠通過一系列的天智小衛(wèi)星，定義出一個(gè)美好的航天大未來?！睂?duì)于未來，趙軍鎖及其團(tuán)隊(duì)滿懷信心，也做好了奮斗的準(zhǔn)備。

天智小衛(wèi)星，定義大未來

——軟件定義衛(wèi)星有望成為太空領(lǐng)域軍民融合的典范

2019年2月12日，《中國國防報(bào)》刊登了一篇名為“軟件定義：開啟衛(wèi)星應(yīng)用新時(shí)代”的文章，文章說道：“近年來，軟件定義衛(wèi)星被認(rèn)為是衛(wèi)星軍民融合應(yīng)用的典范”。為什么這么說呢？

軟件定義衛(wèi)星為在太空領(lǐng)域進(jìn)行深度軍民融合創(chuàng)造了條件。你想讓衛(wèi)星干什么，只要加載相應(yīng)的軟件就行了。從這個(gè)意義上講，衛(wèi)星就變成了一臺(tái)在太空中飛行的配有不同外設(shè)的通用計(jì)算機(jī)，其上運(yùn)行的應(yīng)用軟件可以有軍用、民用、商用之分，但衛(wèi)星本身并無差別。

那么，軟件定義衛(wèi)星在未來航天產(chǎn)業(yè)中將處于怎樣的位置和面臨怎樣的難題呢？

“要預(yù)測未來，就要先看過去，再分析當(dāng)下。截至到2018年11月，美國在軌衛(wèi)星有849顆，中國有284顆，毋庸置疑，美國的在軌衛(wèi)星數(shù)量更多、質(zhì)量更優(yōu)，其太空經(jīng)濟(jì)的體量也更大?？梢灶A(yù)判，在未來數(shù)年之內(nèi)，大家都會(huì)努力競爭更多細(xì)分領(lǐng)域或新興領(lǐng)域的技術(shù)生態(tài)主導(dǎo)權(quán)。因此，未來航天領(lǐng)域的競爭，不但是數(shù)量之爭、質(zhì)量之爭，更是技術(shù)生態(tài)之爭?！睂?duì)聯(lián)盟的所有成員來說，這場競賽迫在眉睫，箭在弦上不得不發(fā)。

那中國航天該怎么辦？“必須得及早換道、換檔、提速?！壁w軍鎖的回答簡明扼要。但如何做到？回答是：必須發(fā)展新技術(shù)，大幅降低衛(wèi)星研制成本、縮短研制周期、增加在軌衛(wèi)星數(shù)量，提升衛(wèi)星應(yīng)用效能，盡快讓衛(wèi)星應(yīng)用融入普通民眾的生活，做到寓軍于民，軍民融合發(fā)展。這樣的技術(shù)路線和方案就是“一把大家都能夠認(rèn)可的尺子”，而軟件定義衛(wèi)星可以說是目前最符合“這把尺子”的標(biāo)準(zhǔn)之一。

“‘軟件定義一切、智能引領(lǐng)未來正在成為一種新的共識(shí)，也在很多行業(yè)取得了成功。PC產(chǎn)業(yè)、智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)，還有電商、叫車、商旅等共享經(jīng)濟(jì)平臺(tái)的成功都證明了這一點(diǎn)。軟件定義衛(wèi)星是有生命力的，在技術(shù)上是可行的，關(guān)鍵是必須大幅度提高星載計(jì)算能力，與過去不同，軟件定義衛(wèi)星的計(jì)算機(jī)成了光機(jī)電設(shè)備的主體，它以天基超算平臺(tái)為中心，在高性能計(jì)算和大量智能算法和軟件的基礎(chǔ)上，通過增加必要的硬件來實(shí)現(xiàn)光、機(jī)、電設(shè)備。這樣做法成本更低、研制周期更短，并且也為將來通過軟件和算法的升級(jí)迭代進(jìn)一步提升設(shè)備性能或者消除設(shè)備缺陷創(chuàng)造了條件。”對(duì)軟件定義衛(wèi)星的潛力，趙軍鎖和聯(lián)盟其他成員從不懷疑，但對(duì)于聯(lián)盟如何擔(dān)負(fù)起推動(dòng)軟件定義衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的歷史重任，他們也一直在思考、總結(jié)和探索。“這取決于四個(gè)方面，即聯(lián)盟能否吸引成千上萬的科研人員從事相關(guān)的技術(shù)研究；能否吸引成百上千的商業(yè)航天公司研制和生產(chǎn)軟件定義衛(wèi)星兼容的部組件產(chǎn)品、整星產(chǎn)品；能否吸引數(shù)十萬甚至上百萬的程序員為軟件定義衛(wèi)星開發(fā)App，還有軟件定義衛(wèi)星到底能夠?yàn)橛脩籼峁┦裁捶?wù)。”

“從2018、2019年兩屆軟件定義衛(wèi)星高峰論壇的舉辦情況來看，我們開局還是不錯(cuò)的。已經(jīng)有多個(gè)科研主管部門在‘十四五發(fā)展規(guī)劃中，納入了軟件定義衛(wèi)星相關(guān)的研究內(nèi)容，應(yīng)該說這件事的可持續(xù)性有了基本保障；再就是聯(lián)盟在成立之初就確立了共同研制‘天智系列新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星和共同制定‘軟件定義衛(wèi)星技術(shù)規(guī)范的指導(dǎo)方針?！熘且惶?hào)衛(wèi)星參研單位不到10家，‘天智二號(hào)衛(wèi)星參研單位超過了40家，‘天智三號(hào)衛(wèi)星目前還在論證階段，但已經(jīng)有不少于6家單位報(bào)名參加了。應(yīng)該說，發(fā)展勢(shì)頭良好。如果天智系列新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星在軌試驗(yàn)順利，天智衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)批產(chǎn)，軟件定義衛(wèi)星能夠發(fā)展成為一種‘事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，軟件定義衛(wèi)星技術(shù)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)群應(yīng)該就能逐步建立起來。”在吸納科研人員和推進(jìn)軟件定義衛(wèi)星研制體系化等方面，聯(lián)盟取得了卓越的成績，但他們也有遺憾的地方。

“我們從2016年起已經(jīng)連續(xù)舉辦了4次軟件定義衛(wèi)星應(yīng)用大賽，但并沒有產(chǎn)生足夠多的軟件作品。聯(lián)盟正在反思這個(gè)問題，也在不斷尋求改善，一方面加強(qiáng)和高校的合作，擴(kuò)大宣傳力度；另一方面抓緊搭建‘天智星云開發(fā)平臺(tái)，為開發(fā)者提供開發(fā)、測試、在軌試驗(yàn)一站式服務(wù)，把門檻降下來。軟件定義衛(wèi)星到底能夠?yàn)橛脩籼峁┦裁捶?wù)。從長遠(yuǎn)來講，這是軟件定義衛(wèi)星是否能夠取得成功的關(guān)鍵。與其他行業(yè)不同，衛(wèi)星這個(gè)行業(yè)的發(fā)展周期要長很多、投資大、風(fēng)險(xiǎn)高。一兩顆衛(wèi)星解決不了問題，甚至一兩百顆衛(wèi)星也不行。在商業(yè)需求還沒有爆發(fā)、商業(yè)場景還沒有成型之前，需要政府、軍隊(duì)大力扶植，就像互聯(lián)網(wǎng)初期的情況一樣。這種情況并不是軟件定義衛(wèi)星所獨(dú)有。但目前來看，如果軟件定義衛(wèi)星都不能為用戶提供令人滿足的服務(wù)，其他類型的衛(wèi)星就更加不太可能了?！甭仿湫捱h(yuǎn)兮，聯(lián)盟做好了上下求索的準(zhǔn)備。

方向最重要，方向?qū)α?，不怕路遠(yuǎn)。聯(lián)盟已經(jīng)將眼光瞄向了一個(gè)更為宏大的未來，并制定了切實(shí)可行的發(fā)展路線?！靶切侵?、可以燎原”，用于發(fā)展軟件定義衛(wèi)星技術(shù)的“天智一號(hào)”已經(jīng)取得了初步成功，他們已經(jīng)在正確的方向上邁出了一小步，接下來是否能夠一步步地扎扎實(shí)實(shí)地走下去，用軟件定義衛(wèi)星技術(shù)去重塑航天產(chǎn)業(yè)的未來格局？讓我們拭目以待！