软件定义:开启卫星应用新时代

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拥有一台"太空计算机",并能通过智能手机进行远程访问和使用,这样的场景正加速变为现实。日前,英国萨里卫星技术有限公司宣布,完成全球首枚软件定义商业通信卫星平台建设。这颗卫星的覆盖范围、频率、带宽、功率等都可通过软件更新实现在轨重新配置,或根据运营商需求实时调整卫星业务,即所谓的"软件定义"。业内人士称,软件定义卫星将打破传统卫星任务单一、体系封闭等状况,扩大卫星应用范围,推动卫星智能化应用发展。

让卫星为大众所用

自1957年第一颗卫星发射升空以来,人类探索太空的脚步从未停止。但直到今天,航天活动依旧被视为"少数人的游戏",大众只是"旁观者"。

究其原因,除航天产品固有的复杂性外,还有卫星研发周期长、成本高,任务单一等,这意味着大费周折发射升空的卫星,其实是个"硬件不能互换、软件不能更新的封闭'铁疙瘩'"。除预先设定的"本职工作"外,对其他临时性任务完全"拒之门外"。

为解决这一问题,上个世纪90年代,美国国防部提出"模块化开放体系架构",旨在将软硬件平台分解为一系列标准化模块,通过不同模块之间"搭积木",实现不同应用效果。在这一思想指引下,"软件定义"渐成热门话题。从软件定义无线电、软件定义网络,到软件定义数据中心和软件定义信息系统,软件定义易于复用、成本较低、灵活方便,能更好地满足应用场景需求。由此,软件定义卫星应运而生。

软件定义卫星主要通过对功能模块、载荷、数据处理、网络通信等软件进行更新或重设,使卫星上各类传感器和计算单元之间兼容互通。换句话说,软件定义卫星好比一台运行在太空的开放型智能计算机,人人都可通过编程,让卫星"为我所用"。发展软件定义卫星,将进一步建立开放性的卫星平台,解锁传统卫星上软硬件之间的紧耦合关系,推动星载软件升级,让普通大众可以接近卫星,通过手机软件访问卫星、使用卫星。

能够编程的"太空计算机"

别以为软件定义卫星只是想象中的"下一代太空计算机"。2018年11月20日,我国首枚专门用于验证软件定义卫星关键技术的试验卫星"天智一号"发射升空,为卫星的空中智能化应用再添"智慧"。这枚主要载荷为小型云计算平台、超分相机和大视场相机的开放型卫星,可提供集成各类卫星应用的方案解决平台。与其他卫星不同的是,"天智一号"有一个"航天应用商店",人们可以通过手机应用程序直接访问查询卫星,甚至还能指挥卫星在轨"自拍"。

当然,要想促使卫星应用真正进入"寻常百姓家",还需要为卫星写程序。软件定义卫星实现主流编程环境最大程度兼容性,人人都可以开发星载软件,上传到"航天应用商店"进行软件上注和在轨试验。软件定义卫星的核心是天基超算平台和星载操作环境,功能类似于计算机"主板"与操作系统。天基超算平台集成星载传感器、执行器和通信器,提供丰富的接口形式和强大的计算能力。星载操作环境主要为各类应用程序提供平台运行支撑,实现各类软硬件即插即用和动态配置。

这样看来,需求可定义、硬件可重组、软件可升级、功能可重构的软件定义卫星,犹如一台随时可以安装不同应用软件的"太空计算机",为其编写的应用程序上注卫星后,可灵活改变卫星应用模块的软硬件组成,组合出满足各种任务需求的卫星系统,执行不同空间任务。英国萨里卫星技术有限公司的全球首枚软件定义商业通信卫星,就允许卫星运营商根据需求调整卫星业务,在卫星发射入轨后实时调整卫星参数,大幅降低卫星运营成本。

军用融合开启未来应用

近年来,软件定义卫星被认为是卫星军民融合应用"典范"。以"天智一号"为例,除用户可注入软件并查询卫星状态外,它还具备智能目标检测识别、智能云判读、智能姿态控制等执行智能化任务的能力。此项技术一旦推广应用,不仅能有力提升卫星对载荷的适配能力和对软件的兼容性,还能打造出高速信息传输、存储、处理和灵活应用的"太空多面手",为智能化军事应用和民用领域提供广阔的发展前景。

软件定义卫星能为人们提供高速通信、精确导航、态势感知和空间授时服务等,无论是战场作战单兵,还是农民、天文爱好者或是自然资源普查人员,都可以通过手机软件与卫星进行一场"星地对话"。借助软件定义卫星,士兵可以快速获取卫星图像,掌握战场态势,农民、天文爱好者和自然资源普查人员可租用卫星,获取卫星服务。未来,研究人员借助软件定义卫星,还将搭建天地一体信息网,开发更多卫星智能化应用。

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责任编辑:王吉 (FJ015)

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