專訪趙軍鎖：“軟件定義衛(wèi)星”已成共識 需推動全球共享星座建設(shè)

3月14日消息（苡臻）軟件是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的靈魂，小到一顆智能傳感器，大到一整座智慧城市，無不依賴軟件系統(tǒng)的驅(qū)動，軟件定義一切正在成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)軟件走向太空，遇到衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和商業(yè)航天，又將會碰出什么樣的火花呢？

近日，C114采訪了中國科學(xué)院軟件研究所研究員、軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟秘書長趙軍鎖，圍繞軟件定義衛(wèi)星的概念定義、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用前景，以及商業(yè)航天的現(xiàn)在與未來等話題展開深入交流。

衛(wèi)星需從“任務(wù)定義”走向“軟件定義”

在衛(wèi)星領(lǐng)域，長期以來人們談?wù)撦^多的是“任務(wù)定義”，即衛(wèi)星依據(jù)特定任務(wù)來設(shè)計(jì)，如導(dǎo)航衛(wèi)星專注導(dǎo)航功能，遙感衛(wèi)星聚焦遙感任務(wù)。然而，如今衛(wèi)星發(fā)展正面臨從“任務(wù)定義”向“軟件定義”轉(zhuǎn)變趨勢。那么，究竟什么是軟件定義衛(wèi)星？為何會產(chǎn)生這樣的轉(zhuǎn)變需求呢？

趙軍鎖指出，傳統(tǒng)衛(wèi)星通常在設(shè)計(jì)之初就被賦予了既定功能，基于此功能進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。這種模式的優(yōu)勢在于經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，因其僅需實(shí)現(xiàn)特定功能，衛(wèi)星體系架構(gòu)可圍繞該功能進(jìn)行優(yōu)化。但弊端也十分明顯，衛(wèi)星上天后，只能為既定目標(biāo)用戶提供服務(wù)，一旦用戶需求發(fā)生變化或出現(xiàn)新需求，便難以滿足。

“這時就要將衛(wèi)星變成一個公共計(jì)算平臺，當(dāng)有新用戶需求時，可通過加載新的軟件對衛(wèi)星功能進(jìn)行重構(gòu)，以適應(yīng)多樣化需求?！碧热籼焐闲l(wèi)星眾多，構(gòu)成一個龐大資源池，理論上便能從中選取所需衛(wèi)星資源，并加載軟件重新定義其功能，為動態(tài)多變的用戶需求提供臨時解決方案，增加衛(wèi)星的靈活性。

“在商業(yè)航天背景下，軟件定義衛(wèi)星已成為備受認(rèn)可的技術(shù)發(fā)展方向。許多衛(wèi)星在發(fā)射前，若僅針對特定用戶設(shè)計(jì)，市場空間往往受限。而衛(wèi)星入軌后的有限壽命期內(nèi)，靈活調(diào)整功能以滿足新用戶需求，是實(shí)現(xiàn)更大運(yùn)營收益的關(guān)鍵，這已成為行業(yè)內(nèi)的重要共識?！彼f道。

但太空環(huán)境復(fù)雜惡劣，軟件定義的實(shí)現(xiàn)絕非地面移植那般簡單。軟件定義衛(wèi)星雖前景廣闊，實(shí)現(xiàn)過程面臨諸多挑戰(zhàn)。趙軍鎖認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)軟件定義衛(wèi)星技術(shù)，需分三步走：

首先，對衛(wèi)星硬件資源進(jìn)行虛擬化，通過設(shè)計(jì)API接口，使上層應(yīng)用程序能夠調(diào)用原本不對外開放的硬件資源；其次，實(shí)現(xiàn)資源復(fù)用，讓不同應(yīng)用程序可同時使用底層資源，提升應(yīng)用效率；最后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件平臺化，將公共功能沉淀到系統(tǒng)軟件中，為高層應(yīng)用軟件提供便捷訪問途徑，在此基礎(chǔ)上推動應(yīng)用軟件生態(tài)化。“屆時，不同用戶和行業(yè)能依據(jù)自身需求編制 APP 加載到衛(wèi)星上，當(dāng)衛(wèi)星飛過頭頂時，動態(tài)加載軟件，為星下點(diǎn)用戶提供定制化、個性化服務(wù)。”

然而在這一實(shí)現(xiàn)路徑中，存在諸多關(guān)鍵技術(shù)難題。例如，為支撐更多星上APP運(yùn)行，需大幅提升星上算力。以往星上算力較低，復(fù)雜算法難以運(yùn)行，而如今神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)乃至未來大模型對算力要求極高，若算力不足，相關(guān)應(yīng)用將缺乏運(yùn)行平臺。為此，前些年提出的“天基超算”概念，旨在將星上算力提升幾個數(shù)量級，與地面算力基本持平，使地面能運(yùn)行的復(fù)雜算法在天上也可運(yùn)行。當(dāng)然，針對太空環(huán)境，算法可能需進(jìn)行輕量化、精簡處理，以適配天上硬件，但不能存在量級差異。

與此同時，要實(shí)現(xiàn)高算力，需采用高算力芯片。但這類芯片工藝水平在太空環(huán)境中無法直接使用，因此要進(jìn)行硬件加固和軟件容錯，構(gòu)建可靠計(jì)算系統(tǒng)，滿足空間環(huán)境對算力和可靠性的要求，為軟件定義衛(wèi)星發(fā)展創(chuàng)造條件。

“但是，軟件定義衛(wèi)星的難點(diǎn)不僅在于技術(shù)層面，未來其規(guī)?；瘧?yīng)用時，多星協(xié)同工作將成為關(guān)鍵?！毙l(wèi)星多星協(xié)同需要大量星間鏈路支撐以及更復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)，這就要求行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。若體系架構(gòu)不統(tǒng)一、缺乏技術(shù)規(guī)范，應(yīng)用將無法在不同衛(wèi)星間遷移和協(xié)同，難以發(fā)揮星座整體效能。

推動全球共享星座建設(shè) 納入統(tǒng)一資源池

趙軍鎖提到，軟件定義衛(wèi)星技術(shù)聯(lián)盟對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了多方面驗(yàn)證。聯(lián)盟成立7年來，不同成員單位對軟件定義衛(wèi)星技術(shù)的各個方面開展了在軌飛行驗(yàn)證，發(fā)射一系列“天智”衛(wèi)星，從單一技術(shù)來看，基本達(dá)到預(yù)期。

目前，軟件定義衛(wèi)星技術(shù)已具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前期條件，從“0 到 1”的技術(shù)突破階段已取得諸多成果，接下來需將這些技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)從“1 到多”的大規(guī)模應(yīng)用。

商業(yè)航天的未來要建立在軟件定義衛(wèi)星技術(shù)之上，這個理念目前已形成共識。目前，標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度正逐漸增強(qiáng)。聯(lián)盟正推進(jìn)航天應(yīng)用商店和衛(wèi)星產(chǎn)品貨架建設(shè)，未來可將符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的應(yīng)用程序和硬件單機(jī)納入其中。

同時，聯(lián)盟還推動技術(shù)生態(tài)形成，每年舉辦聯(lián)盟技術(shù)大會及其他小型論壇，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)界與學(xué)界聯(lián)合，營造技術(shù)生態(tài)繁榮發(fā)展的環(huán)境。

產(chǎn)業(yè)方面，聯(lián)盟實(shí)踐軟件定義衛(wèi)星技術(shù)，推動全球共享星座建設(shè)。鑒于眾多商業(yè)航天公司各自建設(shè)星座，技術(shù)路線未必符合軟件定義標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)盟呼吁衛(wèi)星廠商在研制衛(wèi)星時遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將衛(wèi)星空閑資源納入統(tǒng)一資源池，構(gòu)建全球共享星座。如此一來，不同用戶可從資源池中選取資源，重新編程并加載軟件，服務(wù)自身目標(biāo)客戶，提高衛(wèi)星廠商在軌收益。這不僅關(guān)乎星座建設(shè)商和運(yùn)營商的業(yè)務(wù)發(fā)展，更是整合星上閑散資源、服務(wù)更多行業(yè)用戶、構(gòu)建產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵舉措?！拔磥淼漠a(chǎn)業(yè)應(yīng)該是形成一張網(wǎng)資源，各方共同向資源池貢獻(xiàn)資源，用戶從中獲取資源，實(shí)現(xiàn)更大收益和產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)張?！彼f道。

“目前，聯(lián)盟已成功舉辦兩次全球共享星座大會，吸引國內(nèi)外眾多響應(yīng)，已有更多廠商和星座運(yùn)營商愿意將衛(wèi)星納入全球共享星座?！?/p>

后續(xù)，聯(lián)盟計(jì)劃構(gòu)建 “珍珠鏈” 實(shí)驗(yàn)星座，在一個軌道面上部署一兩百顆星間可通信的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星遵循統(tǒng)一架構(gòu)規(guī)范，用于驗(yàn)證多星協(xié)同及組合形成新能力，實(shí)現(xiàn)軟件規(guī)模和品種的拓展，形成應(yīng)用示范。該星座建成后可進(jìn)行復(fù)制，在不同軌道面間還可實(shí)現(xiàn)協(xié)同，之后逐步發(fā)展為大型星座，以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式推動技術(shù)進(jìn)步。今年，聯(lián)盟將積極推動更多人參與 “珍珠鏈” 星座示范建設(shè)及應(yīng)用市場拓展工作。

競爭無出路 須建立太空命運(yùn)共同體

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和商業(yè)航天主要包括衛(wèi)星研制、衛(wèi)星發(fā)射、地面設(shè)備、運(yùn)營及服務(wù)四大環(huán)節(jié)。向上延伸主要為材料、燃料、電子元器件，向下延伸為衛(wèi)星應(yīng)用。

趙軍鎖認(rèn)為，當(dāng)前，商業(yè)航天領(lǐng)域面臨“建不起來、連不起來、管不起來、用不起來、迭代不起來”等諸多挑戰(zhàn)。

“建不起來”即很難在短期之內(nèi)形成大規(guī)模星座，在衛(wèi)星和發(fā)射成本未降低的情況下，仍存在很多困難；“連不起來”即在軌衛(wèi)星之間難以連接成網(wǎng)，不同廠家研制的衛(wèi)星若不遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，無法形成整體網(wǎng)絡(luò)；“管不起來”即管理調(diào)配困難，現(xiàn)有衛(wèi)星由各家分散管理，缺乏統(tǒng)一調(diào)配機(jī)制，技術(shù)上也難以同時管理眾多衛(wèi)星；“用不起來”即使用受限，不同廠家衛(wèi)星協(xié)議規(guī)范各異，難以臨時獲取使用權(quán)并加載應(yīng)用軟件，只能使用提供的既定功能，限制更多的個性化需求；“迭代不起來”即技術(shù)更迭緩慢，衛(wèi)星入軌后軟件更新多由研制者負(fù)責(zé)，更新速度慢且缺乏第三方參與。

盡管挑戰(zhàn)重重，但未來發(fā)展方向明確，即構(gòu)建規(guī)模化、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、智能化、生態(tài)化體系。

在這種形勢下，業(yè)界應(yīng)加強(qiáng)合作，摒棄單純競爭?！斑@個行業(yè)，我認(rèn)為競爭是沒有出路的。與其在不大的市場中爭搶有限分割，不如大家攜手合作，共同挖掘市場潛力，將市場規(guī)模做大，將行業(yè)‘蛋糕’做大。這樣一來，大家都能在更廣闊的市場空間里獲取更大的收益，推動行業(yè)良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展 ?！?/p>

他指出，軟件定義衛(wèi)星技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及全球共享星座運(yùn)行規(guī)則的建立，將對行業(yè)發(fā)展起到積極推動作用。聯(lián)盟希望其觀點(diǎn)和理念能得到更多業(yè)界認(rèn)可，會有更多人加入到總體設(shè)想中來，凝聚各方力量，共同構(gòu)建太空命運(yùn)共同體。

采訪最后，趙軍鎖表示，太空資源應(yīng)公平合理地利用，未來的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)太空平權(quán)。未來隨著更多衛(wèi)星成功入軌，必然會有部分國家或組織建立起自身的太空優(yōu)勢。然而，從長遠(yuǎn)和整體發(fā)展來看，不應(yīng)將追求太空優(yōu)勢作為主要目標(biāo)，而應(yīng)將實(shí)現(xiàn)太空平權(quán)作為核心追求。這意味著每個國家都應(yīng)擁有平等使用太空資源、借助太空資源推動本國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)會與權(quán)利。

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