“可編程的‘智能衛(wèi)星’出現(xiàn),，使得衛(wèi)星可以在軌改變?nèi)蝿?wù),、功能,，這會(huì)改變?cè)鹊漠a(chǎn)業(yè)鏈,，很多相關(guān)產(chǎn)業(yè)會(huì)因?yàn)樾l(wèi)星功能的提升而消失,?！痹诓痪们芭e辦的2019年美國(guó)衛(wèi)星大會(huì)展會(huì)上,，傳統(tǒng)衛(wèi)星制造商洛克希德馬丁公司的發(fā)言讓人真切意識(shí)到：衛(wèi)星的新時(shí)代來(lái)了,。

　　有媒體這樣評(píng)價(jià)發(fā)生的改變,，“以前只能從新航天公司那里聽(tīng)到的詞句,，比如人工智能、軟件定義等,，多次出現(xiàn)在傳統(tǒng)企業(yè)的發(fā)言中”,。傳統(tǒng)勢(shì)力也欣喜“擁抱”新技術(shù)，人工智能衛(wèi)星,、天基AI真的要來(lái)了,。

　　“原本，衛(wèi)星上天之前定位為遙感衛(wèi)星就只負(fù)責(zé)遙感,，氣象衛(wèi)星只負(fù)責(zé)氣象,，探測(cè)衛(wèi)星只負(fù)責(zé)探測(cè)，未來(lái)的智能衛(wèi)星卻可以依據(jù)上注(安裝)的軟件不同擁有‘轉(zhuǎn)換思維’的能力,，做完全不同的事情,。”近日,，中國(guó)2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇舉辦,，中國(guó)科學(xué)院軟件所研究員趙軍鎖解釋，這就是前面提到的“改變?nèi)蝿?wù),、功能”,。將天基超算平臺(tái)裝載于衛(wèi)星，不僅可以改變衛(wèi)星用途,，還能做很多意想不到的事,，目前中國(guó)已經(jīng)有了正在運(yùn)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)星。

　　智能衛(wèi)星有何特別之處

　　據(jù)報(bào)道,，智能衛(wèi)星擁有“判云讀霧”和“無(wú)人駕駛”的能力,。

　　“判云讀霧”實(shí)際上是對(duì)圖像質(zhì)量的判讀。據(jù)介紹,，傳統(tǒng)衛(wèi)星沒(méi)有判讀能力,，所有拍攝的圖片都會(huì)“原封不動(dòng)”地下載，由地面測(cè)控中心進(jìn)行篩檢,、再合成,，這將浪費(fèi)大量的信道資源。而裝載了人工智能系統(tǒng)的衛(wèi)星,，會(huì)“判讀”“篩選”用得上的圖片下傳,，不僅進(jìn)行了初篩還節(jié)約了大量信道資源,。

　　“無(wú)人駕駛”的提法卻在業(yè)內(nèi)存在爭(zhēng)議，有業(yè)內(nèi)人士表示,，衛(wèi)星不是運(yùn)輸工具,，不應(yīng)有“駕駛”一說(shuō)，衛(wèi)星只存在運(yùn)行維護(hù),、操作操控的說(shuō)法,。“如果是想表達(dá)無(wú)人運(yùn)維或無(wú)人操控的概念,，目前的大多數(shù)低軌衛(wèi)星在測(cè)控不可見(jiàn)弧段本身就是無(wú)人操控的(靠自主控制),，在可見(jiàn)弧段需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)控?！?/p>

　　事實(shí)上,，在天基領(lǐng)域，衛(wèi)星會(huì)受到太陽(yáng),、地球等引力的影響,，軌道會(huì)發(fā)生一些漂移，多種干擾產(chǎn)生的攝動(dòng)都需要地面對(duì)衛(wèi)星的測(cè)控支持,。

　　“無(wú)人操控”雖然難以實(shí)現(xiàn),，但真正的智能衛(wèi)星卻可以“請(qǐng)求”管控。2018年11月中國(guó)科學(xué)院軟件所主導(dǎo)發(fā)射入軌的“天智一號(hào)”上,，上注了自主請(qǐng)求式管控APP,，能夠利用星上實(shí)時(shí)或歷史全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行自主定軌，未來(lái)可自行高精度調(diào)整軌道,。衛(wèi)星還有判斷能力,，一旦發(fā)現(xiàn)軌道偏差超出設(shè)定門(mén)限，衛(wèi)星便會(huì)自主向地面發(fā)出管控請(qǐng)求,。2019年1月7日至3月17日,，由中國(guó)科學(xué)院軟件研究所、西安衛(wèi)星測(cè)控中心,、中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院聯(lián)合開(kāi)展了自主請(qǐng)求式管控試驗(yàn),，獲得成功。

　　相關(guān)試驗(yàn)還證明了,，智能衛(wèi)星的判讀數(shù)據(jù)還可以更進(jìn)一步進(jìn)行初篩后的計(jì)算工作,，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)到信息的提取，如民航機(jī)場(chǎng)流量監(jiān)測(cè),、植被監(jiān)測(cè),、突發(fā)事件監(jiān)測(cè)等。例如要比對(duì)一個(gè)機(jī)場(chǎng)每天起降航班的次數(shù),，衛(wèi)星可以在天基進(jìn)行運(yùn)算,，直接給出數(shù)據(jù),，不需要把圖片傳下來(lái)再計(jì)算，數(shù)據(jù)傳輸量很可能消減近百倍,。

　　任務(wù)可變,、天基計(jì)算、請(qǐng)求管控等,，都是更智能的衛(wèi)星的能力,。但這并不是全部，趙軍鎖說(shuō)：“我們希望構(gòu)建的是一個(gè)智能無(wú)限延展的平臺(tái),。人工智能要發(fā)展起來(lái)單靠一個(gè)單位是無(wú)法完成的,，為此軟件所希望把底層算法移植到衛(wèi)星上,，讓地面的軟件開(kāi)發(fā)者可以參與到天基智能的形成中來(lái),。”

　　功耗,、算力,、衛(wèi)星數(shù)據(jù)安全等難題待解

　　對(duì)于更高級(jí)別的人工智能來(lái)說(shuō)，功耗和算力是兩大“攔路虎”,。衛(wèi)星的載荷有限,，在太空中運(yùn)行也很難得到大量的運(yùn)行能源，因此,，如何在低功耗的情況下發(fā)揮最大的算力是必須要解決的問(wèn)題,。

　　“天智一號(hào)”還搭載了云計(jì)算平臺(tái)，通過(guò)自主感知計(jì)算負(fù)載實(shí)現(xiàn)智能管理,、調(diào)度計(jì)算資源,，在軌完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作，省去了大量不必要的數(shù)據(jù)傳輸,。

　　目前人工智能的模型大多在地面上,，無(wú)法在天基進(jìn)行，仍舊需要采集大量的數(shù)據(jù)下傳,，學(xué)習(xí)后將模型上傳,，要進(jìn)行反復(fù)地矯正、訓(xùn)練比較困難,。

　　但把地面上的超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理能力搬到天上,，難以實(shí)現(xiàn)，主要是無(wú)法克服載重和功耗的問(wèn)題,?！拔磥?lái)我們希望通過(guò)軟件的方法，針對(duì)更低功耗的芯片做算法上的‘翻譯’,，讓現(xiàn)在GPU(圖形處理器)上跑的算法能直接在低功耗處理器上跑,，把人工智能算法搬到衛(wèi)星上,。這樣就能在衛(wèi)星上做更多的運(yùn)算，讓衛(wèi)星上的人工智能與地面的差距越來(lái)越小,?！壁w軍鎖說(shuō)。

　　此外,，衛(wèi)星系統(tǒng)的安全問(wèn)題也是需要解決的課題之一,。據(jù)報(bào)道，美國(guó)衛(wèi)星大會(huì)上,，洛克希德馬丁公司表達(dá)了對(duì)智能衛(wèi)星安全性的擔(dān)憂,。

　　有代碼的地方就會(huì)有可被攻擊的漏洞。讓衛(wèi)星獲得人工智能,，離不開(kāi)系統(tǒng),、應(yīng)用、算法,、軟件,，而這些都是通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)的。無(wú)疑,，使用開(kāi)源代碼,，如果沒(méi)有吃透、摸清,，很容易被攻擊,。

　　因此確保衛(wèi)星安全，必須實(shí)現(xiàn)底層代碼的自主可控,。

　　軟件定義衛(wèi)星聯(lián)盟正在打造的SPUTNIX系統(tǒng)就是一個(gè)定制的系統(tǒng),，在開(kāi)源、開(kāi)放的同時(shí)保證衛(wèi)星系統(tǒng)的安全可靠,。

　　建設(shè)人工智能星座,，星間通信鏈路是關(guān)鍵

　　單個(gè)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)人工智能之后，才能進(jìn)行人工智能星座的構(gòu)建,。當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)變?yōu)橐蝗?，星間的數(shù)據(jù)傳輸便成為需要解決的問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳遞如何最迅速,、算力分配如何最優(yōu)等問(wèn)題隨之而來(lái),。

　　在茫茫太空中，彼此距離遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星發(fā)射的激光又如何能夠抵達(dá)另一顆衛(wèi)星的接收設(shè)備呢?

　　“兩顆星之間的距離平均為數(shù)千公里,，并且會(huì)相對(duì)快速移動(dòng),。”關(guān)于星座間的聯(lián)絡(luò)，行云航天公司副總經(jīng)理杜利介紹,，兩顆星之間完成建立聯(lián)系的瞬間精準(zhǔn)還只是第一步,，穩(wěn)定地在嚴(yán)苛的太空環(huán)境下保持均一、持續(xù)的聯(lián)系,，不掉線也對(duì)星間通信設(shè)備提出了更高要求,。

　　杜利介紹，建立星間通信鏈路并保持鏈路穩(wěn)定是一項(xiàng)最關(guān)鍵的技術(shù),。兩顆衛(wèi)星始終處于相對(duì)高速運(yùn)動(dòng),，要成功建鏈并保持穩(wěn)定需要瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤,。

　　“星間激光通信是極遠(yuǎn)距離,、極弱信號(hào)的探測(cè)，其技術(shù)難點(diǎn)來(lái)自于超遠(yuǎn)的距離,、鏈路的動(dòng)態(tài)變化和復(fù)雜的空間環(huán)境,。”杜利說(shuō),，由于距離超遠(yuǎn),，星間可采用激光通信技術(shù)，這就要求發(fā)展功率大,、功耗低、線寬窄和溫度穩(wěn)定性好的激光器模塊,，超高靈敏度的光電探測(cè)器,，以及高速光電轉(zhuǎn)換器件。

　　此外,，在星座系統(tǒng)規(guī)模上,，杜利提醒，一般來(lái)說(shuō)：如果單星質(zhì)量在百十公斤以下,、單一功能的衛(wèi)星,，其投入成本不高，幾十,、幾百顆星座的投資,、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)還是可以承受的,，以好的商業(yè)模式長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)也可以盈利;但如果單星質(zhì)量到了噸級(jí),，甚至數(shù)噸級(jí)，其結(jié)構(gòu)和功能往往比較復(fù)雜,，制造成本很高,，其星座系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理也很復(fù)雜,，整個(gè)系統(tǒng)投入像個(gè)天文數(shù)字,，一般很難用商業(yè)航天模式去解決，此類商業(yè)航天項(xiàng)目通常獲利困難,，不易成功,。