人人碰见 “飞入寻常百姓家"　卫星应用开启“大众时代”

开启卫星应用的“大众时代”

在智能手机中打开应用，像骑自行车共享一样控制卫星在Tai 空飞行——这样的场景很快就会成为现实。据中国新闻社报道，中国首颗软件定义卫星“天智一号”的研制进展顺利，将于今年下半年发射。这颗以小型云计算平台、超级相机和智能手机为主要有效载荷的开放卫星，可以为整合各种卫星应用提供解决方案平台。在不久的将来，人们不仅可以为卫星开发软件，而且“空间应用商店”将使卫星应用“飞入寻常百姓家”。

使用卫星的人比建造卫星的人少

自从1957年第一颗卫星发射以来，人类探索的步伐从未停止。但不可否认的是，无论是遥感卫星、气象卫星、导航卫星、通信卫星的成功发射，还是登月计划、国际空站、Tai 空行走的反复创新，Tai 空活动仍然是“少数人”的“高端游戏”。

主要原因在于飞机入轨成本高。以一颗普通卫星为例，研制过程要根据任务要求“量体裁衣”。开发周期往往是几年，成本往往以十几亿计算。最后，卫星成功送入Tai 空，这仍然是一个硬件不能互换、软件不能重复使用的封闭系统。卫星除了做好原本的工作外，不能共享计算资源，也不能替代功能，不同“家族”的卫星也不会互相照顾。难怪一些研究人员曾经开玩笑说，使用卫星的人比建造卫星的人少。

近年来，微纳卫星和立方卫星技术的发展为解决卫星发展和应用的瓶颈开辟了新的前景。2017年，印度和俄罗斯先后发射了104颗一箭卫星和73颗一箭卫星，就像是把一袋土豆扔向了Tai 空。这些微纳卫星虽然体积小、功耗低、研制周期短、可组网编队，但大多仍未摆脱传统的卫星研制方式，其灵活性、智能性和可复用性仍有待提高。

事实上，美国国防部早在20世纪90年代就提出了“模块化开放架构”，旨在将软硬件平台分解为一系列标准化的模块，针对不同的模块通过构建模块实现不同的应用效果。这种开放式系统不仅可以方便引进技术升级，还可以大大降低使用成本，有利于提高整个系统的使用效率。在这一思想的指导下，软件定义卫星诞生了。

软件卫星是基于天基超级计算平台的开放式智能卫星。它以计算为中心，利用软件定义的无线电、软件定义的有效载荷、软件定义的数据处理和软件定义的网络，通过软件将卫星上的各种传感器和计算单元连接起来，专门为你所用。一般来说，发射空的软件定义卫星是运行在空的智能计算机，卫星在执行程序后可以为你提供“特殊服务”。

每个人都可以为“泰空电脑”编写程序

有这么一台“泰空电脑”，真的是方便了大众。想要知道卫星的实时状态，大家可以直接通过手机应用进行访问和查询，甚至可以命令卫星在轨道上进行“太空自拍”。为了充分缩短卫星与软件开发程序员之间的距离，软件定义卫星还实现了与主流编程环境的最大兼容性。每个人都可以开发机载软件，上传到“航天应用商店”进行软件标注和在轨测试。

不要以为软件定义的卫星只是想象中的“下一代计算机”。早在2008年，欧洲航天局就针对空天飞行器应用提出了“软件定义有效载荷”的概念，旨在实现针对不同场景的可重构通信卫星的开发应用。美国航天局空还开发了基于空间软件定义的有效载荷系统的Ka波段软件无线电台、合成孔径雷达和其他航空航天应用。2015年，欧洲通信卫星组织和欧洲航天局开始开发新一代“量子”卫星有效载荷，这是实现完全软件定义卫星的又一重要步骤。此外，集通信、侦察、干扰于一体的多功能软件定义卫星的研制已经悄然开始。

软件定义卫星的核心是天基超级计算平台和星载操作环境，就像计算机主板和操作系统一样。天基超级计算平台是星载传感器、执行器和通信器的动态集成，能够提供强大的计算能力和丰富的接口形式。车载操作环境主要为各种应用提供操作支持，实现各种软硬件的即插即用和动态配置。此外，软件定义卫星的关键技术包括软件定义的有效载荷和应用组件。软件定义有效载荷是尽可能以软件的形式实现有效载荷的功能，为卫星应用的开发和使用提供最佳的“人机环境”。

编写“Tai 空 Computer”应用程序，只需根据卫星提供的超级计算平台和星载运行环境，根据需求合理分配计算、存储和信息交换服务即可。程序成功注入卫星后，通过动态重组硬件负载和动态重新配置软件应用，可以灵活改变卫星应用模块的软硬件组成，从而构建一个能够满足各种任务需求，完成空之间复杂多变任务的卫星系统。

可以预见，未来将会出现需求可定义、硬件可重构、软件可重构、功能可重构的软件定义卫星，即可以随时更换内存显卡、重装操作系统、安装不同应用软件的智能计算机。由于可以根据不同的任务需求加载不同的组件，执行不同的应用，软件定义的卫星也有望成为飞在Tai 空的“掌中之宝”。

当软件定义的卫星遇到国防和民用技术的集成时

2017年，发射L 空的第一颗立方体卫星“UPSat”开启了卫星开源的新时代。这个看起来像小型电脑主机，全是开源软硬件打造的“小家伙”，加速了卫星应用的普及，成为软件定义卫星探索的先锋。也看到了软件定义卫星的巨大应用前景，欧洲通信卫星公司宣布将订购至少两颗“量子”系列卫星，由软件定义卫星星座打造，实现全球通信信号覆盖。

软件定义卫星富含星载应用软件，可根据需要重构部署不同任务，为更多用户提供卫星服务，或开启智能卫星发展新时代。当软件定义的卫星遇到国防和民用技术的融合，它们会写下什么新的时代故事？一方面，采用软件定义的开放系统架构可以有效提高卫星对负载的适应性和与软件算法的兼容性，使卫星成为“通才”。另一方面，能够实现高速信息传输、存储、处理和灵活应用的软件定义卫星，也将为智能军事应用和民用领域带来无限的发展前景。

在高度重视软件定义卫星的通信卫星领域，通信卫星的传统设计在发射前几年已经被“冻结”，未来十年将保持不变。软件定义卫星具有可重构优势，不仅可以延长在轨卫星的使用寿命，而且在辐射功率、带宽、覆盖范围和技术性能等方面也与时俱进。难怪欧洲航天局曾表示，量子卫星项目及其扩展的软件应用将为无人机、飞机和舰艇编队提供更加灵活的通信保障服务。

与此同时，软件定义的卫星还可以为人们提供多样化的服务，如精确导航、定时、精细观测和空之间的态势感知。在海洋中航行的海军舰艇需要获取卫星图像，而不是联系地面站进行下载处理，可以通过舰艇终端直接与卫星进行“星地对话”，这将大大增强战场情报的快速获取和精确分析能力。同样，天文爱好者也可以短期租用卫星，以获得更高质量的恒星图像空。农民要判断本地区农作物的种植情况，也可以长期租用卫星，通过对比合理判断应该种植的农作物种类。科技改变生活的场景太多了。

更重要的是，软件定义卫星采用开放系统架构，标准软硬件可以在不同卫星平台之间灵活使用，这将进一步拓展卫星系统的应用能力。借助软件定义的卫星，有望构建一个天地一体的互联互通的信息网络，将人类的网上冲浪推向too 空时代。

制图:杨俊斌

许

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