想讓衛星軟件不“軟” 給草根開發者提供的條件得“硬”

在剛剛過去的一週,美國太空探索技術公司SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克發出了數千份星鏈互聯網服務公開測試版的邀請函。

如果說智能手機時代“蘋果”率先破局,“安卓”奮起直追,那麼在天基智能時代,馬斯克正以星鏈計劃的迅速推進成爲率先破局者,那麼追趕星鏈的“安卓”又在哪裏呢?

“未來的衛星不會是單純的通信衛星,而是要拼算力、拼軟件的。”在日前召開的2020軟件定義衛星創新論壇上,中國科學院軟件所研究員趙軍鎖表示,通過開放的方式部署天基智能工程,融入開源理念,形成共享、互通、合力的生態,發動全社會的力量纔會有更強大的後發動力。


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衛星功能的實現需要藉助草根力量


躬耕一線 奉獻光熱

開源的理念、開放的模式讓“安卓”後來居上。安卓項目重要的誕生平臺GitHub(開源軟件平臺)上註冊的開發者有5000多萬,有將近1億的不同項目在開發。


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手機系統需要藉助草根的力量,衛星的功能實現也是一樣。

關於衛星,你能想到的最樸素的願望是什麼?會不會是想讓衛星給自己和地球拍個實時照?其實通過智能圖像判讀剔除雲層的遮擋,再加上圖像合成技術,你的這個願望可以實現。

“大部分星上要實現的功能,都有相應的開源軟件解決方案。”趙軍鎖說。草根的智慧不容小覷。但問題是,這些軟件能不能在衛星上跑起來,衛星的算力夠不夠。

“如果我們能夠把衛星的計算能力提上去,讓功能軟件在天上‘上注’(即上載)並順利運行起來,那麼很多功能是不需要統籌開發的。”趙軍鎖說,激活草根的力量,能夠讓天基智能猶如站在巨人的肩膀上,得以快速發展推進。

“我們希望有更多的人爲衛星去開發軟件,有更多的廠家能夠研製超算平臺、兼容載荷等產品。”趙軍鎖說,但爲衛星開發軟件,門檻較高,開發流程長,需要驗證。由於空間環境與地面環境完全不同,驗證非常重要。

爲此,中國科學院天基綜合信息系統重點實驗室通過“天智工程”的實施搭建了天智星雲平臺,登錄之後,開發者可以爲在軌衛星開發軟件,並提供在軌驗證,系統還匹配了商店,爲開發者提供必要的硬件和軟件開發工具。“我們也在推進開放型實驗星座的建設。”趙軍鎖說。

開放的驗證平臺讓“夠不着天”的軟件開發者們有了一架通天的“橋”。自此,大量的開發者有條件從基於地面網絡的開發轉向基於衛星的天基網絡的軟件開發。

據介紹,很多在校學生加入了爲衛星開發軟件的隊伍。例如,來自中山大學的歐陽文俊與團隊一起開發的軟件,可以讓手機直接變成“衛星電話”,在無人區、在海上等無基站的地方通過衛星發“微信”。

“三個允許”讓草根智慧壯大天基智能

來自草根的軟件開發得再完美、應用功能再奇妙,如果不能進入衛星,也是徒勞。

允許第三方爲衛星開發軟件;

允許第三方在衛星上部署軟件;

允許第三方通過軟件上注持續擴充衛星功能和提升衛星性能。

這3個允許是草根智慧最終能夠“壯大”天基智能的基礎。


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“未來,衛星不應該是用功能定義的,比如氣象衛星、通訊衛星等都明確了衛星的功能。”中國通信學會衛星通信專委會委員季文濤表示,未來的衛星應該是不同資源開放的平臺和接口,能夠實現跨行業、跨目標的功能。

“這需要包括芯片、通訊協議等在內的整個架構的靈活性。”南京世域天基創始人郭正標說,如果一套終端在兼容不同衛星時,協議之間有很多差異,將會大大折損效率。

更直白地說就是,衛星間的溝通語言被人爲地割裂爲“幾國外語”又沒有熟練地翻譯,將大大降低不同星座衛星間的共享、互通。

在地面,由於有了協議,不會因爲這臺機器用Windows系統,那臺機器用Linux系統就不能互傳信號了。


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地面如此,天上也一樣。“我們開發了適應不同星座網絡的天智協議棧,通過虛擬化,將衛星的IP和標識進行了有效統一,可實現天地一體化路由和傳輸。”趙軍鎖說,天智協議棧的研製,不僅可以大力支撐國家天地一體化網絡以及航天科技、航天科工、中科院等行業部門衛星系統的建設,對商業航天也將起到極大的促進作用。


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共享、互聯將爆發出巨大的未知力量


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“去年,全球射電望遠鏡聯網,爲黑洞拍攝了首張照片。”中國科學院國家空間科學中心研究員楊震表示,如果全球的空間科學衛星能夠網聯起來,應該會發現更多的未知科學現象。

天基互聯網的應用正在帶來越來越多的意想不到。以衛星的視角可以通過航海油輪的載量判斷原油產量;通過衛星對農作物長勢數據的採集,還可以預判當年的收成……

人類已經離不開網絡,人類的腳步延伸到哪兒,網絡作爲一種基礎設施就會延伸到哪兒。“從空間科學和深度探測的角度來講,我們也希望網絡能夠從地球一直延伸到深空。”楊震說,雖然科學家對此也提出了一些構想,例如構建太陽系裏的通信網絡等。但目前,數據的傳遞速率限制了目標的實現。

更大的限制來自於能量,空間上如何實現智能運算的供能也是目前的“痛點”。當衛星走向智能,大量的運算將需要大塊的太陽能板提供能量。“顯然衛星不能支持太陽能板‘做加法’,或許未來一個新的芯片架構,可以既支持人工智能在衛星上使用,又保證低功耗。”郭正標說。

總體而言,低門檻、高性能是天基智能生態的關鍵詞。


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“天智星雲平臺是一個開放、創新的平臺。”趙軍鎖說,它爲開發者、第三方大大降低了“上星”門檻,軟件開放通過網頁,甚至通過小程序的方式都可以訪問,並且配備了機器學習平臺、大數據平臺測評平臺等開發者的“趁手裝備”,並希望通過硬件、軟件的進步,讓平臺上的用戶可以更好地互通有無。


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“現在星座計劃也被頻繁提出,但受限於技術、資金等原因,星座規模不可能太大,其提供的服務也是比較有限的。”趙軍鎖說,整個行業如果變成很多孤立的小星座,它的開發效率和服務效益將不會很高,提升整個星座網絡的價值,需要合力。(記者 張佳星)


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