敞开卫星运用的“群众年代”

　　翻开智能手机里的运用程序，像运用同享单车相同驾御飞行在太空里的卫星——这样的场景行将成为实际。据中新社音讯，我国首颗软件界说卫星“天智一号”研发开展顺畅，将于本年下半年发射升空。这枚首要载荷为小型云核算渠道、超分相机和智能手机的敞开型卫星，能供给集成各类卫星运用的方案处理渠道。不久的将来，人们不只可为卫星开发软件，“航天运用商铺”更将促进卫星运用“飞入寻常百姓家”。

　　用卫星的人比造卫星的人少

　　自从1957年发射第一颗卫星开端，人类探究太空的脚步就从未中止过。但不可否认的是，无论是遥感卫星、气象卫星、导航卫星、通讯卫星的一次次发射成功，仍是登月方案、国际空间站和太空行走的一次次壮举，太空活动至今仍旧是“少数人”的“高端游戏”，群众仅仅航天范畴的“围观者”。

　　究其原因，首要在于飞行器进入轨迹的昂扬本钱。就拿一枚一般卫星来说，研发进程首要要依据使命需求来“量身打造”，研发周期动辄数年，消耗本钱常常以亿为单位核算。十分困难把卫星成功送入太空，它仍是个硬件不能交流、软件不能复用的封闭体系。除干好自己原先设定的本职作业外，卫星无法完结核算资源同享或功用代替，不同“宗族”的卫星也是互不“理睬”。这也难怪有研究人员曾恶作剧说，现如今用卫星的人比造卫星的人还要少。

　　近年来，微纳卫星和立方星技能的开展，为处理卫星开展运用瓶颈拓荒了新远景。2017年，印度和俄罗斯先后完结了一箭104颗和一箭73颗卫星的发射，比如向太空撒了一袋子“马铃薯”。这些微纳卫星尽管体积小、功耗低、开发周期短、可编队组网，但绝大多数仍未脱节传统卫星的研发方法，灵敏性、智能性和可复用性仍旧有待进步。

　　事实上，美国国防部早在上个世纪90年代就提出了“模块化敞开体系架构”，旨在将软硬件渠道分解为一系列规范化模块，经过对不同模块的“搭积木”完结不同的运用作用。这种敞开体系不但能便利引进技能晋级，也能大幅下降运用本钱，有利于提高整个体系的运用效能。在这一思维指引下，软件界说卫星由此诞生。

　　软件界说卫星是一种以天基超算渠道为根底的敞开型智能卫星。它以核算为中心，凭借软件界说无线电、软件界说载荷、软件界说数据处理和软件界说网络等手法，把卫星上的各类传感器和核算单元经过软件连接起来，专门为你所用。浅显地讲，发射升空的软件界说卫星，就是梅特勒电子天平一台运转在太空里的智能核算机，编写好完结特定功用的运用，卫星履行程序后就能为你供给“专门效劳”。

　　人人都能为“太空核算机”写程序

　　有了这样一台“太空核算机”，那可真是便利了群众。想知道卫星的实时状况，人人都能够经过手机运用程序直接拜访查询，乃至还能指挥卫星在轨施行“太空自拍”。为充沛拉近卫星与软件开发程序员的“星地间隔”，软件界说卫星还完结了干流编程环境最大程度的兼容，人人都可开发星载软件，并上传到“航天运用商铺”进行软件上注和在轨实验。

　　别以为软件界说卫星还仅仅幻想中的“下一代太空核算机”。早在2008年，欧洲航天局就针对空天飞行器运用提出了“软件界说有效载荷”概念，旨在完结针对不同场景可重构通讯卫星的研发运用。美国国家航空航天局还曾在航天软件界说有效载荷体系根底上，研发了Ka波段软件无线电台、合成孔径雷达等航天运用产品。2015年，欧洲通讯卫星公司和欧洲航天局开端研发“量子”新一代卫星载荷，向着完结完全软件界说卫星又迈出了重要一步。此外硬度计，能将通讯、侦查与搅扰融为一体的多功用软件界说卫星的研发作业，也早已悄然开端。

　　软件界说卫星的中心就是天基超算渠道和星载操作环境，比如核算机的主板与操作体系。天基超算渠道是星载传感器、履行器和通讯器的动态集成，能供给强壮的核算才能以及丰厚的接口方式。星载操作环境首要为各类运用程序供给运转支撑，完结各类软硬件的即插即用和动态装备。此外，软件界说卫星的关键技能还包含软件界说有效载荷和运用程序组件等。软件界说有效载荷就是尽可能以软件方式完结载荷的功用，为卫星运用程序的开发和运用供给最佳“人机环境”。

　　为“太空核算机”编写运用程序，只需依据卫星供给的超算渠道和星载操作环境，依据需求合理分配核算、存储和信息交流效劳。程序成功上注卫星后，还可经过硬件载荷动态重组、软件运用动态重配，灵敏改动卫星运用模块的软硬件组成，以便建立出能满意各种使命需求的卫星体系，完结复杂多变的空间使命。

　　能够预见，未来有着需求可界说、硬件可重组、软件可重配、功用可重构的软件界说卫星，就是一台随时能够替换内存显卡、重装操作体系、装置不同运用软件的智能核算机。因为能依据不同使命需求加载不同组件、履行不同的运用程序，软件界说卫星也有望成为飞行在太空里的“掌中宝”。

　　当软件界说卫星遇到军民交融

　　2017年，首枚发射升空的立方体卫星“UPSat”敞开了卫星开源的新年代。这台外形像个小型电脑主机，悉数选用开源软硬件建立的“小家伙”，加快了卫星运用的遍及程度，也成为软件界说卫星探究的先行者。相同看到了软件界说卫星的巨大运用远景，欧洲通讯卫星公司宣告再订货至少两枚“量子”系列卫星，将经过软件界说卫星的星座组成，完结面向全球的通讯信号掩盖。

　　软件界说卫星具有丰厚的星上运用软件，能够按需重构完结不同使命布置，为更多的用户供给卫星效劳，或将敞开智能卫星开展新年代。当软件界说卫星遇到军民交融，它们将会书写出怎样的新年代故事？一方面，选用软件界说的敞开体系构架，能有力提高卫星对载荷的适配才能和对软件算法的兼容性，把卫星完全打造成“多面手”。另一方面，能完结高速信息传输、存储、处理和灵敏运用的软件界说卫星，也将为智能化军事运用和民用范畴带来无限的开展远景。

　　在软件界说卫星得到高度重视的通讯卫星范畴，传统的通讯卫星规划常常在发射前数年就现已“冻住”，在尔后十多年的运用进程中将坚持不变。软件界说卫星具有的可重构优势，不只能延长在轨卫星的运用寿命，还能完结辐射功率、带宽、掩盖规模和技能功能的与时俱进。这也难怪欧洲航天局就曾表明，“量子”卫星项目及其拓宽的软件运用，将为无人机、飞机和舰艇编队供给愈加机动灵敏的通讯保证效劳。

　　一起，软件界说卫星还能为人们供给比如准确导航、授时、精细化观测、空间态势感知等多样化效劳。行进在大洋上的水兵舰艇需求获取卫星图画，不再需求与地面站联络下载处理，可直接经过舰艇终端与卫星进行“星地对话”，将大大提高战场情报快速获取与精准剖析才能。相同，地理爱好者也能够经过短期全时段租借卫星，获取所需的更高质量星空图画。农人要判别本地区农作物栽培状况，也能够长时间分时段租借卫星，经过比照合理判别应当栽培的农作物品种。比如此类科技改动日子的场景，还有许许多多。

　　更为重要的是，软件界说卫星选用了敞开体系构架，契合规范的软硬件都可在不同卫星渠道之间灵敏运用，将进一步扩大卫星体系的运用才能。凭借软件界说卫星，有望建立成互联互通的六合一体信息网，把人类的网上冲浪面向太空年代。

　　制图：杨俊滨

　　张玉民 许妍敏

　　张玉民 许妍敏

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