俄烏戰(zhàn)爭中,，SpaceX 的星鏈突然成為了大眾的關(guān)注點,。在戰(zhàn)爭開始后,，馬斯克迅速為烏克蘭開啟了星鏈服務(wù)，很多被中斷網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的地區(qū)也因為星鏈基本恢復(fù)了語音和數(shù)據(jù)服務(wù),。
本以為離普通人很遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星應(yīng)用,，突然就來到了我們的現(xiàn)實生活中。
在星鏈之外,，衛(wèi)星行業(yè)其實正在發(fā)生顛覆性的變化,，低軌道衛(wèi)星的賽道上，不少國家正在同時進(jìn)行著國家和商業(yè)公司的「時速競賽」。面臨著各種激增的商業(yè)需求,，衛(wèi)星行業(yè)正處于變革浪潮的前沿。
這其中,，太空數(shù)據(jù)處理和衛(wèi)星智能化尤其引人關(guān)注,，隨著衛(wèi)星和商業(yè)需求的增多，太空中的數(shù)據(jù)也越來越多,，由于有限的星地帶寬和稀缺的頻段資源,，數(shù)據(jù)傳輸一直面臨瓶頸，同時由于中國目前無法海外大規(guī)模建設(shè)地面數(shù)據(jù)接收站,，所有的數(shù)據(jù)都需要等到低軌衛(wèi)星回到中國上空才能下傳,，這極大地催生了星上數(shù)據(jù)處理的需求。
但衛(wèi)星智能化到底是前途渺茫還是真實的行業(yè)趨勢,？現(xiàn)在行業(yè)現(xiàn)狀又是怎樣的,？作為國內(nèi)專攻衛(wèi)星智能化的公司，星測未來研發(fā)的星溪 02 通用星上處理載荷已經(jīng)搭載衛(wèi)星進(jìn)行發(fā)射,，并且驗證了星上的智能處理能力,。
這次我們專門邀請了他們的聯(lián)合創(chuàng)始人曹德志，來聊一聊衛(wèi)星智能化的技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用前景,。
在星鏈的商業(yè)行為之外,，其中的戰(zhàn)爭潛力不應(yīng)被忽視，對它保持警惕的同時也應(yīng)著力發(fā)展我們國家的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),。
星鏈計劃把工業(yè)體系引入到衛(wèi)星行業(yè),，使得衛(wèi)星這樣的太空高精尖專項產(chǎn)品進(jìn)入到工業(yè)化、批產(chǎn)化的時代,。
衛(wèi)星是太空中的稀缺數(shù)據(jù)獲取平臺,。
衛(wèi)星智能化的一個很重要的場景就是遙感衛(wèi)星智能化，因為最近幾年遙感衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)迎來了海量的增長,。
越來越多的應(yīng)用崛起后,，衛(wèi)星智能化最終會從成本降低、應(yīng)用拓展走向生態(tài)繁榮,。
01
星鏈推動了
衛(wèi)星的工業(yè)化
Founder Park：如何看待馬斯克的星鏈,？
曹德志：對于星鏈，我們在行業(yè)之外,，能聽到兩類比較極端的看法：一種認(rèn)為星鏈一文不值,，在制造太空垃圾。即作為近地軌道衛(wèi)星星座,，星鏈能提供的數(shù)據(jù)帶寬在面臨千萬到億的用戶接入時十分有限,，是賠本買賣，新發(fā)上去很快也會有很多故障。另一種則是認(rèn)為星鏈?zhǔn)俏磥沓壾娛聭?zhàn)略武器,，可以攔截太空戰(zhàn)略導(dǎo)彈,，甚至說星鏈具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和撞擊能力，聽上去也是十分夸張,。
分享一些行業(yè)里對于星鏈的看法,，也僅提供參考。
首先星鏈應(yīng)當(dāng)是一種商業(yè)行為,，因為 SpaceX 有重型獵鷹火箭,，除了提供給 NASA 和美國軍方以外，也必須找到商業(yè)化場景去釋放運載能力降低成本投入,。星鏈星座的場景就很好地填充了運載能力,。
Starlink 示意圖 | 來源：SpaceX
星鏈主要解決信號覆蓋的問題。中國是因為到處有基站的覆蓋,，所以我們國內(nèi)的城市生活很方便,，但偏遠(yuǎn)地區(qū)就不方便了。而國外大部分地區(qū)不具備中國這樣密集的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè),，斷網(wǎng)是家常便飯,，這也就突出了對星鏈網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)需求。而建立一整套新的太空基站,，考慮到低軌衛(wèi)星會不斷圍繞地球旋轉(zhuǎn),，就可以很輕松地覆蓋很多原來地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的地方，也就突出了商業(yè)上一個很大的價值,，為難接入網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的民眾提供網(wǎng)絡(luò)支持,。之后就可以論證多少顆衛(wèi)星合適，例如 42,000 顆能覆蓋多少區(qū)域,，帶寬有多大,，覆蓋多少人，多久能收回成本,？這就回到了一個商業(yè)問題,，而商業(yè)層面是否合算，最終由市場決定就好,。
但是在星鏈的商業(yè)行為之外,，現(xiàn)在美國軍方也在測試軍用飛機(jī)和星鏈之間的連接，可以理解為美國的民營的商業(yè)航天星座體系是否能支撐軍事行為,，而一旦技術(shù)試驗閉環(huán)成果,，我們就不應(yīng)忽視這種戰(zhàn)爭潛力，所以在對它保持商業(yè)嗅覺,、軍事應(yīng)用警惕的同時也應(yīng)著力發(fā)展我們國家的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),。
Founder Park：你認(rèn)為星鏈計劃對衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)有什么影響,？
曹德志：從技術(shù)層面看，衛(wèi)星開始批產(chǎn)化,，以星鏈為代表的背后由什么體系支撐的,？第一我認(rèn)為是工業(yè)化體系的支撐，據(jù)了解,，星鏈衛(wèi)星工廠的生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)衛(wèi)星企業(yè)的 10 倍,，20 倍以上，一個月能生產(chǎn)制造 120 顆衛(wèi)星,，而這背后是將衛(wèi)星這樣太空高精尖專項產(chǎn)品推進(jìn)到工業(yè)化、批產(chǎn)化的時代,，這是很大的突破,，引入系統(tǒng)級的工業(yè)化體系推動衛(wèi)星體系和工業(yè)化進(jìn)程。
第二,，星鏈用的芯片都是工業(yè)級芯片,，以及地面使用的操作系統(tǒng)等。這給我們很大的啟示,，以前專門為航天所做的宇航級芯片,，也許保證了可靠性，但想在快速降低成本的條件下使用大批量的宇航級芯片,，不管是數(shù)量還是性能可能都無法滿足,。因此勢必考慮需要引入工業(yè)級芯片。而從原材料方面看,，不管是馬斯克的星鏈,，還是早先的獵鷹火箭都向大家展示了，工業(yè)級芯片也能應(yīng)用于太空領(lǐng)域,。
這兩方面星鏈給我們的沖擊很大,，尤其是中國的商業(yè)航天，我們要努力在這基礎(chǔ)上更好地應(yīng)用馬斯克的實踐經(jīng)驗,。
Founder Park：批產(chǎn)化是否會導(dǎo)致衛(wèi)星的制造周期有較大的變化,？
曹德志：以前制造一顆衛(wèi)星通常以年為單位。一顆噸量級衛(wèi)星前期生產(chǎn)和測試就要 1-2 年,。通過所有測試到發(fā)射又需要 1-2 年,。粗略估計一顆噸量級衛(wèi)星平均制造周期在 2-4 年，具體時間根據(jù)衛(wèi)星大小而定,。馬斯克最新的消息是五天內(nèi)打三發(fā)星鏈將近 160 顆,，每周產(chǎn)能不低于 18 顆衛(wèi)星，意味著生產(chǎn)一批只需要 3 周的生產(chǎn)時間,，數(shù)量開始快速增加,，并且隨著發(fā)射數(shù)量不斷攀升,，一年能打兩三千顆衛(wèi)星，已經(jīng)是目前人類在軌活躍衛(wèi)星數(shù)量的一半,。馬斯克現(xiàn)在在推 Starship 星艦,，星艦要一次性放 400 顆。為了星艦組網(wǎng)的計劃,，馬斯克也拼盡全力,，要把星鏈的數(shù)量推向新高，工業(yè)化能力非常強(qiáng)勁,。
但國內(nèi)也有很多衛(wèi)星公司也做得很棒,，我們現(xiàn)在看到，頭部衛(wèi)星公司長光衛(wèi)星,，年產(chǎn)能也不低于 50 顆,；浙江的時空道宇，年產(chǎn)量在 50 到 100 顆之間,，也已經(jīng)具備工業(yè)化出產(chǎn)能力,。航天科工集團(tuán)二院下屬的空間公司，據(jù)說在武漢也有智能衛(wèi)星生產(chǎn)線,。因此從衛(wèi)星的批產(chǎn)化,、工業(yè)化角度看，世界范圍都在齊頭并進(jìn)追趕馬斯克的腳步,。
Founder Park：怎么理解衛(wèi)星批量化對衛(wèi)星智能化發(fā)展的意義,？
曹德志：先有數(shù)量，后有數(shù)據(jù)應(yīng)用,，有了數(shù)據(jù)應(yīng)用,，批量化的規(guī)模效應(yīng)才更有意義。當(dāng)衛(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化,、批量化的時代后,，如果沒有衛(wèi)星智能化的驅(qū)動，所有衛(wèi)星發(fā)射上天后,，數(shù)據(jù)都要等到下載到地面后才能應(yīng)用,，而這個缺點在中國尤為明顯。由于國際局勢,，中國很難在海外大規(guī)模建站,，這意味著基本上衛(wèi)星數(shù)據(jù)都要回到中國上空才能下行。而隨著衛(wèi)星的分辨率越來越高,，采到的數(shù)據(jù)越來越多,。因此海量的衛(wèi)星組建網(wǎng)絡(luò)，是擴(kuò)增了數(shù)據(jù)量和高重返下的應(yīng)用想象力,，但是如果沒有衛(wèi)星智能化做數(shù)據(jù)處理和邊緣端應(yīng)用,，都等到回到中國上空再通過有限的帶寬下行,。而一顆衛(wèi)星飛過中國上空的時間只有短短不到八分鐘，意味著能下行的數(shù)據(jù)量非常有限,。如果大量數(shù)據(jù)都聚集在中國上空下載,，可能短則半個小時、一小時,，長則甚至一天兩天,，這樣就失去了衛(wèi)星數(shù)據(jù)挖掘的時效性意義。
所以,，在衛(wèi)星批量化的基礎(chǔ)上給每個衛(wèi)星加上智能化的能力,，就有可能在全球組網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)在地球另一端把衛(wèi)星的結(jié)果和數(shù)據(jù)處理好后,，再通過北斗短報文體系或者將來中國自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳回來,，這樣的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)就從大哥大進(jìn)入 iPhone、華為,、小米等智能手機(jī)的狀態(tài)。
Founder Park：小型衛(wèi)星組成的星座的優(yōu)勢是什么,？
曹德志：小型星座的優(yōu)勢是體積小,，發(fā)射費用較低。從成本的角度看,，越小越高度集成,，才能批量化發(fā)射。馬斯克現(xiàn)在發(fā)一次星鏈一般 53 顆,、59 顆,。因為他做的扁平化方案能堆疊集成在一起，把運載量用足,。小衛(wèi)星做小很重要的意義是通過高度集成化來降低成本,，使其更具備商業(yè)化競爭力。
大衛(wèi)星通常是需要專門定制化的,，一顆噸量級的衛(wèi)星研制,、生產(chǎn)費用加上人工加上時間周期等，往往可能就需要 5-10 億甚至更多,。而馬斯克現(xiàn)在星鏈的一顆星成本不到 400 萬人民幣,，用一個億能打大約 25 顆，十個億能打 250 顆,，能看到這方面存在著數(shù)量級的差異,。因此小衛(wèi)星低成本，具備比較好的商業(yè)化前景,，大家也愿意嘗試,。所以核心是用小衛(wèi)星加星座組網(wǎng)的方式給商業(yè)化帶來一種新的可能性,。但未來究竟是否盈利，這是衛(wèi)星生態(tài)崛起后再嘗試逐步解決的,。
但從需求角度看,，低軌衛(wèi)星星座可能是未來技術(shù)的一種范式，但也并不否認(rèn)大衛(wèi)星的作用,，要注意到這里有個限定詞——低軌衛(wèi)星,；目前我們應(yīng)對中軌和高軌還需要大衛(wèi)星的支持。因為離地球遠(yuǎn),，會對信號傳輸以及數(shù)據(jù)處理等提出大功耗的要求,，體積上也不一定能做小。所以在中軌,、高軌環(huán)境下,，未來可能還是主流的噸量級衛(wèi)星。
所以,，大衛(wèi)星和小衛(wèi)星只是技術(shù)上的代稱,，更重要的是分析衛(wèi)星在不同的軌道、不同的空間環(huán)境中發(fā)揮什么作用,，例如地球同步軌道用來放置氣象衛(wèi)星或數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星比較合適,，低軌衛(wèi)星會繞地球轉(zhuǎn)，這種情況下大衛(wèi)星不一定合適,，或許應(yīng)該依賴小體量的衛(wèi)星,，這才是背后更深層次的思考邏輯。
Founder Park：如何理解航天上經(jīng)常提到的快速重訪率的指標(biāo),？
曹德志：我們關(guān)注到兩個通常意義的商業(yè)場景：通信場景和遙感場景,。例如在格魯吉亞、高加索山脈旅行,，會發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乜赡軟]有良好的網(wǎng)絡(luò)信號,，也可能只有格魯吉亞自己的本地網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)很陳舊,，不能流暢上網(wǎng),。這時如果天上有衛(wèi)星，電話可以通過當(dāng)?shù)氐男l(wèi)星基站通信,，相當(dāng)于接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),。但衛(wèi)星過去了，基站就跑遠(yuǎn)了,，需要下一個衛(wèi)星接力,。所以如果只有一顆通信衛(wèi)星，它來到這個地方的頻次非常低,。一天只有分鐘的時間能通話,、上網(wǎng),，其他時間只能是靜默狀態(tài)。但是通信場景下高頻次的重訪覆蓋對用戶使用應(yīng)用的舒適度很重要,，這也是為什么星鏈要大批量組網(wǎng),，需要上千顆上萬顆的體量去形成具有實用化能力的網(wǎng)絡(luò)，這是通信場景,。
遙感場景也是類似的,，以太陽同步軌道為例，單顆衛(wèi)星一天只能回到同一個地方一次或兩次,。想要拍一個地方的圖,，只能回到這個地點或者到附近才能拍。但如果有 60 顆衛(wèi)星,，就意味著這顆星過去后,，下顆星還能接力，這樣對單一地點的重訪就提高了,。目前國內(nèi)長光衛(wèi)星已經(jīng)有接近 60 顆,，對于單一地點的重訪能做到在一小時內(nèi)。這樣就已經(jīng)可以快速獲取地方的動態(tài)變化,，以少于一小時頻次不斷更新,，使得遙感越來越逼近實時數(shù)據(jù)獲取。當(dāng)然,，拍到的大量數(shù)據(jù)能否下傳也是另外的問題，至少要先拍到,，之后再評估如何提升價值,。
所以綜合考慮，高頻次快速重訪一定會對通信場景和遙感場景帶來應(yīng)用生態(tài)的巨大幫助,，將來用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的時候能真正的進(jìn)入實用化,，而不是一天只能上網(wǎng) 5-10 分鐘，一天只能拍一次這樣幾乎不能使用的狀態(tài),。
Founder Park：你怎么理解衛(wèi)星的本質(zhì),，衛(wèi)星會成為太空中的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施嗎？
曹德志：我認(rèn)為會的,。在商業(yè)航天爆發(fā)的趨勢下,，在未來走向衛(wèi)星智能化的應(yīng)用生態(tài)里，用太空數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施形容衛(wèi)星絕不為過,。當(dāng)衛(wèi)星的星上數(shù)據(jù)采集開始呈現(xiàn)海量爆發(fā)的趨勢,，那么衛(wèi)星端歷史數(shù)據(jù)以及未來獲取的數(shù)據(jù)將遠(yuǎn)超我們的想象，之前的哥白尼計劃現(xiàn)在每天下行數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到 TB 量級,，而未來數(shù)據(jù)量的爆發(fā)會進(jìn)一步帶來星上存儲需求,、星上計算需求,、星上傳輸需求。而衛(wèi)星,，則是這一切的載荷,、節(jié)點和中繼，所以我們認(rèn)為把它定義為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)當(dāng)是恰如其分的,。
Founder Park：關(guān)于遙感衛(wèi)星,，你們還看好哪些新的技術(shù)進(jìn)步？
曹德志：遙感,，remote sensing——遠(yuǎn)程感知,。這里要引入很重要的物理視角——電磁波段。人的眼睛只能看到 400 納米到 800 納米,，這是可見光的波段,。而波長更短就會進(jìn)入到紫外、極紫外,、x 射線,、伽瑪射線。波長更長則會進(jìn)入紅外,，甚至太赫茲和微波,。如果把遙感衛(wèi)星往天上放，例如可見光衛(wèi)星,，它和人眼成像的頻段比較相似,，所見即所得。但可見光衛(wèi)星領(lǐng)域目前國內(nèi)長光衛(wèi)星已經(jīng)做的非常厲害,，具備亞米級的分辨率以及高清圖像成像能力,。
SAR 衛(wèi)星則是主動釋放微波，反射到地面后接收微波,，進(jìn)行主動式成像,。這個領(lǐng)域國內(nèi)也有好幾家在努力探索，其中一家是天儀研究院和中電科 38 所,，他們聯(lián)合研制并發(fā)射的廈門大學(xué)海絲一號以及巢湖一號,，我們星上處理的模塊 2 月份就是搭載他們的巢湖一號發(fā)射。其他的還有去年 7 月份公布 SAR 衛(wèi)星星座計劃的航天宏圖,，以及民營航天公司智星空間,、中科衛(wèi)星，這些都是國內(nèi)著名的 SAR 衛(wèi)星企業(yè),。
LT-1 衛(wèi)星 SAR 干涉測量模式工作示意圖 | 來源：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
我們看到現(xiàn)在有個概念叫碳衛(wèi)星,，是用來監(jiān)測二氧化碳、甲烷、氮氧化物等溫室氣體等,。因為二氧化碳,、甲烷的吸收譜線都集中在紅外波段，因此要用別的傳感器去探測和采集,。所以引入碳衛(wèi)星星座,，能監(jiān)測全球的甲烷、二氧化碳全球濃度分布,，這將是未來很重要的技術(shù)突破和商業(yè)變現(xiàn)方式,。
所以按照不同的波段、作用分類,，會發(fā)現(xiàn)遙感衛(wèi)星里也分很多類,，不同場景決定了采用不同的傳感器，獲得不同的數(shù)據(jù),，產(chǎn)生不同的商業(yè)價值,。因此籠統(tǒng)地講，遙感衛(wèi)星的商業(yè)化價值層面上,，可見光衛(wèi)星,、雷達(dá)衛(wèi)星、碳衛(wèi)星能初步看到較高的商業(yè)價值,。同時,，國內(nèi)外很多衛(wèi)星廠商也都在投入新的研發(fā)，目前我們也在積極地跟隨,，希望能從星上處理角度,，在算法、硬件上提供支持和助力,。
Founder Park：衛(wèi)星領(lǐng)域這些年的變化,？
曹德志：我一直猜想，有個重要的雙輪邏輯,。一個輪是指,，技術(shù)層面上衛(wèi)星在不斷地降低成本,，集成度變高,。也就是通過批產(chǎn)能力、供應(yīng)鏈體系的變化來表達(dá)衛(wèi)星產(chǎn)品的變化,，例如成本,，例如功能和設(shè)計。另外一輪,，是數(shù)據(jù)價值的挖掘,，也就是說傳感器能夠獲取什么數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能應(yīng)用在什么領(lǐng)域，比如國防,、國土監(jiān)測,、水域、陸地,、海洋,、氣象等，這是商業(yè)化角度看數(shù)據(jù)應(yīng)用的價值,。
而所謂的雙輪驅(qū)動,，就是指大量的衛(wèi)星應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘會推進(jìn)衛(wèi)星平臺集成和傳感器技術(shù)的迭代,，包括 3D 打印技術(shù),、柔性供應(yīng)鏈體系支撐技術(shù)、衛(wèi)星高度集成設(shè)計技術(shù)等,，也包括我們做的軟硬件一體化邊緣計算技術(shù),，而這些技術(shù)的進(jìn)步也同樣會幫助衛(wèi)星更好、更高效率,、更可靠的迭代前進(jìn),，能更好地獲取數(shù)據(jù)，同時降低成本而促進(jìn)衛(wèi)星的發(fā)展,。更好的衛(wèi)星能更好地促進(jìn)收集數(shù)據(jù),，更好的數(shù)據(jù)應(yīng)用會催生更多衛(wèi)星研制發(fā)射和降低成本的需求，所以這樣就形成了雙輪滾動的狀態(tài),。
所以商業(yè)航天領(lǐng)域為什么會蓬勃發(fā)展,？就是因為這些場景帶來衛(wèi)星數(shù)量的大爆發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)場景的應(yīng)用,，后續(xù)的雙輪加速會越來越快,，像上發(fā)條一樣越轉(zhuǎn)越快，互相促進(jìn),，直到激活整個領(lǐng)域,，太空工業(yè)就油然而生了。
02
主要應(yīng)用場景
是遙感衛(wèi)星的智能化
Founder Park：回顧衛(wèi)星的發(fā)展,，過去衛(wèi)星智能化水平低的原因有哪些,？
曹德志：這是一個很好的問題，過去衛(wèi)星的增長驅(qū)動主要來自兩方面：
一方面由于過去衛(wèi)星的應(yīng)用是面向國家戰(zhàn)略需求,，例如軍事衛(wèi)星,、面向政府的衛(wèi)星等，由科研單位,、國企主導(dǎo),。要求是達(dá)到高可靠標(biāo)準(zhǔn)，所以衛(wèi)星冗余備份多，體量很大,，通常都在噸量級,，必須保證萬無一失。在這樣的導(dǎo)向下,，選用的航天級器件和供應(yīng)鏈,、產(chǎn)業(yè)鏈都有嚴(yán)格的質(zhì)量供應(yīng)保障體系要求，必須充分測試后進(jìn)入目錄才能使用,，從而保證衛(wèi)星發(fā)射和在軌的成功率,。但同時會考慮在性能層面有一定削減與取舍，就像手機(jī)的大哥大,、諾基亞狀態(tài),，先解決基礎(chǔ)的功能，保障專用屬性,，因此不夠靈活,，導(dǎo)致智能化水平不夠。
另外一方面也是過去半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展不足以支持在衛(wèi)星端的低能源功耗條件下開展太多的高能耗工作,，畢竟太陽能帆板需要充電并保障衛(wèi)星本身的存活和運行,。
而現(xiàn)在，衛(wèi)星工業(yè)化的發(fā)展也帶動了智能化的發(fā)展,，在批量化的衛(wèi)星發(fā)射后,，衛(wèi)星進(jìn)入了一個工業(yè)化生產(chǎn)的過程，在此基礎(chǔ)上也許會誕生超異構(gòu)架構(gòu),，突破衛(wèi)星智能化水平低的困境,，兼容各類 CPU、GPU,、FPGA 與 AI 芯片等,。就像我們常開玩笑說，iPhone 手機(jī)的前三代其實都默默無聞,，第四代推出后,，大規(guī)模應(yīng)用爆發(fā)，才讓手機(jī)進(jìn)入到智能手機(jī)時代,。所以我們猜想,，智能化也是需要時間積累的，一是架構(gòu)底層計算架構(gòu)的統(tǒng)合,，第二個操作系統(tǒng)和應(yīng)用生態(tài)的繁榮,。
Founder Park：衛(wèi)星智能化和人工智能的發(fā)展是否有關(guān)系,？
曹德志：我們認(rèn)為是有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性的,。衛(wèi)星行業(yè)應(yīng)用的爆發(fā)背后，不僅有供應(yīng)鏈、元器件,，也有人工智能的因素,。以往衛(wèi)星端數(shù)據(jù)要傳到地面，現(xiàn)在則考慮在衛(wèi)星上進(jìn)行處理,，以前的數(shù)據(jù)處理會做一些簡單的矩陣運算或普通的 CPU 控制操作,，現(xiàn)在可以引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，在衛(wèi)星端處理很多應(yīng)用,。
而人工智能芯片專門針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,，可以具備低功耗、高算力,，能處理很多 AI 算法場景了,，所以也促進(jìn)了衛(wèi)星智能化的發(fā)展，例如,，遙感圖像的在軌處理,，可以在星上基于 AI 目標(biāo)識別算法將獲取的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)直接提取特征目標(biāo)，或者基于 AI 算法開展遙感圖像數(shù)據(jù)壓縮等,。
Founder Park：如何劃分衛(wèi)星智能化發(fā)展的階段,？
曹德志：劃分階段恐怕有些難，畢竟行業(yè)也才剛起步,，所以粗淺的可以給一些對當(dāng)前衛(wèi)星智能化在數(shù)據(jù)應(yīng)用處理上的幾個發(fā)展維度,。
從數(shù)據(jù)的價值層面講，例如只做編碼,、壓縮,，不對數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理，這是智能化的第一個階段,，只起到優(yōu)化傳輸?shù)淖饔?。下一個階段可能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，例如切片,、刪掉一些無效數(shù)據(jù)精簡空間,，或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行初級加工。再下一步,，深入圖像,、信號等中關(guān)鍵的信息和要素的識別，并對這些要素進(jìn)行分析和提取,，相當(dāng)于完成了數(shù)據(jù)挖掘的產(chǎn)品化,。
而在應(yīng)用側(cè)和數(shù)據(jù)挖掘側(cè)的邏輯演進(jìn)，就是初步智能化,、中級智能化,、高級智能化或產(chǎn)品化不斷迭代的過程,。可能未來有很多不同的架構(gòu),、路線,，包括中繼、星上的其他方案,。但我們認(rèn)為,，架構(gòu)走向通用，數(shù)據(jù)逐級處理應(yīng)該是走向未來的智能化趨勢,。
Founder Park：如果實現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星的場景,，對衛(wèi)星智能化的發(fā)展會有什么影響？
曹德志：如果真的未來已經(jīng)建設(shè)完畢,，使得手機(jī)能夠直連衛(wèi)星,，我猜想應(yīng)用一定是爆發(fā)性的。過去,，iPhone4 的爆發(fā)就是因為每個人開始能接入智能手機(jī)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),。而如果每個人的手機(jī)都能連上衛(wèi)星，很多生活上的應(yīng)用就可以通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn),，例如旅游,、出行、地圖,、高精度定位,，還有數(shù)據(jù)傳輸鏈路，都會從衛(wèi)星端衍生出來,。但目前來看,，大規(guī)模普及衛(wèi)星直連手機(jī)的技術(shù)可能確實還存在難度。我們大家平常使用的 2.4G,、5G 頻段,，更多和蜂窩網(wǎng)是兼容的。但衛(wèi)星現(xiàn)在的通信波段都集中在 Ka,、Ku 波段,，這就需要中間一個大鍋作為中繼，把衛(wèi)星的通信鏈路和大鍋接入在一起,，大鍋再和手機(jī)形成二次連接,。中間會涉及到很多波束、頻段的分配等等,。
當(dāng)然,，我們相信未來大面積衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建立，星上的計算架構(gòu),、底層的硬件支持會對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理越來越友好,，而同樣會把衛(wèi)星產(chǎn)品做得越來越好,，生態(tài)也會越來越繁榮。
也許可以試想一下,，接入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)里的光學(xué)相機(jī)載荷、合成孔徑雷達(dá)載荷,、氣象載荷,、還有導(dǎo)航定位的高精度時空信息都會匯集到網(wǎng)絡(luò)中，多元融合的數(shù)據(jù)能夠迸發(fā)出很多充滿想象力的場景,。未來旅行就不怕失聯(lián),，隨時能連上遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)，同時能看到地球的氣象變化,、災(zāi)害信息,，人在地球任何一個角度都能及時上傳照片，這樣很多事就會很方便,。未來可能人類進(jìn)入太空,，在空間站生活也有網(wǎng)絡(luò)的支持。
Founder Park：從應(yīng)用側(cè)看,，推動衛(wèi)星智能化最大的需求來自遙感衛(wèi)星嗎,？是單點驅(qū)動還是多點開花的狀態(tài)？
曹德志：衛(wèi)星智能化的一個很重要的商業(yè)場景確實是遙感衛(wèi)星智能化,，因為最近幾年遙感衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)迎來了海量的增長,。
遙感衛(wèi)星工作幾分鐘到十幾分鐘拍到的原始圖像數(shù)據(jù)就達(dá)到了 200GB、300GB 甚至 TB 級別,。而星地帶寬呢,？以 X 波段的數(shù)傳為例，每分鐘只能從星上下載有限量的數(shù)據(jù),。而一次飛過中國上空的七八分鐘,，單軌也就只能下傳 80GB 左右。而數(shù)據(jù)量越大,，下傳的壓力就越大,。所以需要在衛(wèi)星端讓數(shù)據(jù)有更高的壓縮比，或是刪掉一些無用的,，把它提取出來變成能快速下傳的版本,。這樣一看，衛(wèi)星數(shù)據(jù)量的海量爆發(fā)帶來星上處理的需求,，處理這些需求是衛(wèi)星智能化很重要的命題,。而這個趨勢在遙感衛(wèi)星領(lǐng)域尤為明顯，所以也有很多遙感應(yīng)用廠商會認(rèn)為,，衛(wèi)星智能化的趨勢加快,，也是由遙感數(shù)據(jù)量的暴漲引起,。
Founder Park：衛(wèi)星智能化的核心挑戰(zhàn)？
曹德志：衛(wèi)星智能化的基礎(chǔ)來自于衛(wèi)星行業(yè)的工業(yè)化,，所以衛(wèi)星行業(yè)的進(jìn)步是一個系統(tǒng)性的提升,，所以智能化的挑戰(zhàn)也來自于整個系統(tǒng)的全面升級。
第一是衛(wèi)星的架構(gòu)設(shè)計,，預(yù)留了多少能源容量以及支持智能化所需的算力資源,。
第二是對于衛(wèi)星智能化架構(gòu)的選擇，現(xiàn)在還處于路徑的收斂中,，沒有完全確定標(biāo)準(zhǔn),。
第三，衛(wèi)星的應(yīng)用生態(tài),，比如剛才提到的北極航道篩選,、海上船只監(jiān)管與定位救援以及森林火災(zāi)等等，這些還需要大量的人力和資金的投入才能到可用的地步,。
雙輪驅(qū)動當(dāng)中,，一邊是衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動，一邊是數(shù)據(jù)和應(yīng)用的驅(qū)動,，只有兩個輪子一起跑才會跑得越來越快,。討論衛(wèi)星智能化的挑戰(zhàn)和門檻的話，我們會關(guān)注衛(wèi)星端的挑戰(zhàn),，也會同時關(guān)注數(shù)據(jù)應(yīng)用的挑戰(zhàn),。
現(xiàn)階段商業(yè)成本會阻礙很多數(shù)據(jù)價值的發(fā)揮，個人付費使用衛(wèi)星及數(shù)據(jù)的意愿比較薄弱,。想真正頻繁化的進(jìn)入生活,，一是硬件架構(gòu)、軟件層的統(tǒng)一收斂規(guī)劃,，便于開發(fā)者大規(guī)模的進(jìn)入,，拓展應(yīng)用生態(tài)，二是成本下降,，讓更多的人開始使用衛(wèi)星及其數(shù)據(jù),，三是需求隨著大量生態(tài)的拓展及數(shù)據(jù)應(yīng)用開始爆發(fā)，綜合來看這三者具備了才是真正的突破了智能化的挑戰(zhàn),。
03
智能硬件+服務(wù)的
PaaS 模式
Founder Park：創(chuàng)業(yè)的動機(jī)是什么,？創(chuàng)業(yè)時的商業(yè)判斷是怎么樣的？
曹德志：2016 年,，在 LIGO*發(fā)現(xiàn)引力波的第二年,，實驗室（清華大學(xué)）的學(xué)弟提出了一個想法：在太空中利用小的立方星*進(jìn)行引力波事件對應(yīng)的伽瑪射線暴 (Gamma Ray Burst) 的探測。這也是清華現(xiàn)在非常著名的「天格計劃」*,。
LIGO：激光干涉引力波天文臺,，探測引力波的一個大規(guī)模物理實驗和天文觀測臺,。
立方星：一種采用國際通用標(biāo)準(zhǔn)的低成本微納衛(wèi)星，以「U」為單位,，1U 體積為 10 厘米×10 厘米×10 厘米,。
天格計劃：目前為止該計劃已經(jīng)發(fā)射了 5 顆載荷，預(yù)計今年還將發(fā)射 4 顆,，并在年底 aLIGO 開機(jī)后能爭取一同觀測引力波事件中對應(yīng)的伽馬射線暴,。
但是伽馬射線暴的時間比較短促，衛(wèi)星在太空獲取到信號之后需要第一時間把結(jié)果告訴地面上的望遠(yuǎn)鏡,，這就引出了星上處理,。從立方星的科學(xué)觀測,、星上的邊緣計算,，到科學(xué)閉環(huán)，最后又回到星上處理,，我們發(fā)現(xiàn)星上處理有較大的商業(yè)化應(yīng)用價值和前景,，所以最后決定創(chuàng)建星測未來。我們做衛(wèi)星領(lǐng)域并非兩手空空,，實驗室和個人都進(jìn)行了很長時間的積累,，包括技術(shù)、調(diào)研,、學(xué)習(xí)以及現(xiàn)在做的工作,，還是吃了不少苦的。
2019 年創(chuàng)業(yè)時其實一開始并沒有從商業(yè)上理順業(yè)務(wù)邏輯,，當(dāng)時認(rèn)為這個行業(yè)是技術(shù)驅(qū)動的領(lǐng)域,，我們掌握著行業(yè)內(nèi)的「神兵利器」，或長或短的時間內(nèi)肯定能在行業(yè)內(nèi)找到合適的定位,。產(chǎn)業(yè)鏈中有我們的位置,，把工作做好就可以，當(dāng)時并沒有精準(zhǔn)把握行業(yè)的變化和未來的趨勢,。
后來真正啟動融資后,，不斷和創(chuàng)業(yè)者交流，很多時候在客戶那里吃閉門羹后,，再回來復(fù)盤,，才真實地審視行業(yè)的動態(tài)變化，以及客戶到底需要什么,，再逐步總結(jié)趨勢,。過去幾年我們進(jìn)行了中國衛(wèi)星和全球衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的統(tǒng)計，一些統(tǒng)計趨勢從線性到指數(shù)級的爆炸,，從不同類別到不同的星座計劃,，其中部分已經(jīng)出現(xiàn)智能化趨勢,，這才總結(jié)出值得選擇的前沿商業(yè)邏輯。
Founder Park：星測未來的商業(yè)模式,？
曹德志：第一類商業(yè)模式是產(chǎn)品模式,，提供太空實驗載荷和星上計算平臺的硬件模塊，把產(chǎn)品賣給科學(xué)家或者衛(wèi)星公司,。加裝在衛(wèi)星上面,，有成熟的硬件平臺和靈活的 SDK，就可以很好地支持衛(wèi)星智能化升級,。
第二類場景是服務(wù)模式,，因為直接購買產(chǎn)品是一次性的，也比較貴,，在百萬量級左右,，我們現(xiàn)在也在嘗試提供較低成本的服務(wù)合作模式，就是用戶可以按年采購服務(wù)數(shù)據(jù)的方式合作,。
Founder Park：你們怎么選擇自己的路徑,，會嘗試通用化的解決方案嗎？
曹德志：我們現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)版本的產(chǎn)品是星溪 02,，面向 300 公斤級以下衛(wèi)星,，不管是 50 公斤級的立方星，還是 200 公斤級左右的雷達(dá)星,，我們都可以裝,。這樣保證了產(chǎn)品的相對通用性，這種通用性可以通過兼容多種衛(wèi)星接口來實現(xiàn),。標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品能應(yīng)用于 300 公斤以下衛(wèi)星意味著很多商業(yè)場景和邏輯能通過一套架構(gòu)實現(xiàn),。這種方式對于我們來說更像是硬件預(yù)埋、軟件算法更新的模式,，很像自動駕駛領(lǐng)域里,，大算力芯片和操作系統(tǒng)能不斷地持續(xù)迭代安裝包和應(yīng)用場景，釋放算力性能,。
星溪 02 實物圖 | 來源：星測未來
我們還有正在研發(fā)的可拓展及新一代高性能通用計算平臺,，這是算力更強(qiáng)架構(gòu)更優(yōu)化的版本了。
Founder Park：目前衛(wèi)星智能化你們開拓了哪些應(yīng)用場景,？
曹德志：近幾年我們研發(fā)了三款產(chǎn)品,。目前成熟在軌的是星溪 02 系列，已經(jīng)運行了接近半年,。目前階段我們的工作比較多,，包括面向衛(wèi)星公司提出基于硬件平臺加速的能力，在 AI 壓縮、SAR 成像,、以及在軌目標(biāo)解譯都有應(yīng)用,。其次，我們也在開拓行業(yè)應(yīng)用,，例如艦船識別,，它既有民用方向的應(yīng)用，比如在政府端做走私,、航運的監(jiān)管,，也會有軍事應(yīng)用，例如重要情報獲取,、戰(zhàn)略支持等,。這是我們現(xiàn)在探索和關(guān)注的兩個場景。
再有我們還在關(guān)注的領(lǐng)域還有例如海上風(fēng)電場,，福建臺灣海峽一帶風(fēng)力資源比較豐富,，可以通過氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星等來評估風(fēng)力資源,，通過衛(wèi)星端計算評估風(fēng)力走向,，從而在安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)后進(jìn)行開機(jī)關(guān)停以及自動化的調(diào)整,。
另外還有一個有意思的,、在關(guān)注的場景是北極航道的跟蹤，因為南極有冰覆蓋,，但北極是一段時間有冰,，一段時間沒有冰，沒有冰的季節(jié)會有航道的出現(xiàn),。走日本海,，穿過白令海峽，去美國可以不用走太平洋,，可以先到加拿大,。這方面俄羅斯對于北極航道是很關(guān)注的。也許有可能通過太陽同步軌道,、SAR 衛(wèi)星,、光學(xué)衛(wèi)星能得到航道信息，在經(jīng)濟(jì)上有較大的應(yīng)用價值,。
Founder Park：你們在應(yīng)用探索的時候踩過什么坑,？
曹德志：有一次接到了打擊走私假煙的需求，每年煙草稅大概 1 萬多億,，走私一點可能就有兩三百億的偷稅漏稅,，如果這方面的監(jiān)管能做好，幾千萬上億的營收很容易能拿到。但我們經(jīng)過調(diào)研分析后發(fā)現(xiàn)有很大挑戰(zhàn),，因為假煙工廠一般是小平房,，對外沒有什么特征，找到假煙的工廠是不容易的?，F(xiàn)階段技術(shù)其實也還不成熟,。
還有一類場景的需求是考古。例如地下墓葬群,，判斷上面的土地是否和其他地方不一樣?，F(xiàn)階段也有接到過需求，希望衛(wèi)星數(shù)據(jù)能給考古提供建議,。但一方面是政策上有挑戰(zhàn),，要取得相應(yīng)資質(zhì)，另一方面也還需要專業(yè)機(jī)構(gòu),，例如考古院所,、或者文保局的指導(dǎo)，再通過技術(shù)手段做相應(yīng)的勘探,。這方面盡管看起來很有價值,，但政策和技術(shù)上還有挑戰(zhàn)，需要時間,。
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