從一到百並不簡單 人工智能星座還在路上

「可編程的‘智能衛星’出現，使得衛星能夠在軌改變任務、功能，這會改變原先的產業鏈，不少相關產業會由於衛星功能的提高而消失。」在不久前舉辦的2019年美國衛星大會展會上，傳統衛星製造商洛克希德·馬丁公司的發言讓人真切意識到：衛星的新時代來了。

有媒體這樣評價發生的改變，「之前只能重新航天公司那裏聽到的詞句，好比人工智能、軟件定義等，屢次出如今傳統企業的發言中」。傳統勢力也欣喜「擁抱」新技術，人工智能衛星、天基AI真的要來了。

「本來，衛星上天以前定位爲遙感衛星就只負責遙感，氣象衛星只負責氣象，探測衛星只負責探測，將來的智能衛星卻能夠依據上注（安裝）的軟件不一樣擁有‘轉換思惟’的能力，作徹底不一樣的事情。」近日，中國2019軟件定義衛星高峯論壇舉辦，中國科學院軟件所研究員趙軍鎖解釋，這就是前面提到的「改變任務、功能」。將天基超算平臺裝載於衛星，不只能夠改變衛星用途，還能作不少意想不到的事，目前中國已經有了正在運轉的試驗星。

智能衛星有何特別之處

據報道，智能衛星擁有「判雲讀霧」和「無人駕駛」的能力。

「判雲讀霧」其實是對圖像質量的判讀。據介紹，傳統衛星沒有判讀能力，全部拍攝的圖片都會「原封不動」地下載，由地面測控中心進行篩檢、再合成，這將浪費大量的信道資源。而裝載了人工智能系統的衛星，會「判讀」「篩選」用得上的圖片下傳，不只進行了初篩還節約了大量信道資源。

「無人駕駛」的提法卻在業內存在爭議，有業內人士表示，衛星不是運輸工具，不該有「駕駛」一說，衛星只存在運行維護、操做操控的說法。「若是是想表達無人運維或無人操控的概念，目前的大多數低軌衛星在測控不可見弧段自己就是無人操控的（靠自主控制），在可見弧段須要對其進行測控。」

事實上，在天基領域，衛星會受到太陽、地球等引力的影響，軌道會發生一些漂移，多種干擾產生的攝動都須要地面對衛星的測控支持。

「無人操控」雖然難以實現，但真正的智能衛星卻能夠「請求」管控。2018年11月中國科學院軟件所主導發射入軌的「天智一號」上，上注了自主請求式管控APP，可以利用星上實時或歷史全球導航衛星系統定位數據進行自主定軌，將來可自行高精度調整軌道。衛星還有判斷能力，一旦發現軌道誤差超出設定門限，衛星便會自主向地面發出管控請求。2019年1月7日至3月17日，由中國科學院軟件研究所、西安衛星測控中心、中國科學院微小衛星創新研究院聯合開展了自主請求式管控試驗，得到成功。

相關試驗還證實了，智能衛星的判讀數據還能夠更進一步進行初篩後的計算工做，實現從數據到信息的提取，如民航機場流量監測、植被監測、突發事件監測等。例如要比對一個機場天天起降航班的次數，衛星能夠在天基進行運算，直接給出數據，不須要把圖片傳下來再計算，數據傳輸量極可能消減近百倍。

任務可變、天基計算、請求管控等，都是更智能的衛星的能力。但這並非所有，趙軍鎖說：「咱們但願構建的是一個智能無限延展的平臺。人工智能要發展起來單靠一個單位是沒法完成的，爲此軟件所但願把底層算法移植到衛星上，讓地面的軟件開發者能夠參與到天基智能的造成中來。」IIS7站長

功耗、算力、衛星數據安全等難題待解

對於更高級別的人工智能來講，功耗和算力是兩大「攔路虎」。衛星的載荷有限，在太空中運行也很可貴到大量的運行能源，所以，如何在低功耗的狀況下發揮最大的算力是必需要解決的問題。

「天智一號」還搭載了雲計算平臺，經過自主感知計算負載實現智能管理、調度計算資源，在軌完成大部分數據處理工做，省去了大量沒必要要的數據傳輸。

目前人工智能的模型大多在地面上，沒法在天基進行，仍舊須要採集大量的數據下傳，學習後將模型上傳，要進行反覆地矯正、訓練比較困難。

但把地面上的超級計算機的處理能力搬到天上，難以實現，主要是沒法克服載重和功耗的問題。「將來咱們但願經過軟件的方法，針對更低功耗的芯片作算法上的‘翻譯’，讓如今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星上。這樣就能在衛星上作更多的運算，讓衛星上的人工智能與地面的差距愈來愈小。」趙軍鎖說。

此外，衛星系統的安全問題也是須要解決的課題之一。據報道，美國衛星大會上，洛克希德·馬丁公司表達了對智能衛星安全性的擔心。

有代碼的地方就會有可被攻擊的漏洞。讓衛星得到人工智能，離不開系統、應用、算法、軟件，而這些都是經過代碼實現的。無疑，使用開源代碼，若是沒有吃透、摸清，很容易被攻擊。

所以確保衛星安全，必須實現底層代碼的自主可控。

軟件定義衛星聯盟正在打造的SPUTNIX系統就是一個定製的系統，在開源、開放的同時保證衛星系統的安全可靠。

建設人工智能星座，星間通訊鏈路是關鍵

單個衛星實現人工智能以後，才能進行人工智能星座的構建。當系統從一個變爲一羣，星間的數據傳輸便成爲須要解決的問題，數據傳遞如何最迅速、算力分配如何最優等問題隨之而來。

在茫茫太空中，彼此距離遙遠的衛星發射的激光又如何可以抵達另外一顆衛星的接收設備呢？

「兩顆星之間的距離平均爲數千千米，而且會相對快速移動。」關於星座間的聯絡，行雲航天公司副總經理杜利介紹，兩顆星之間完成創建聯繫的瞬間精準還只是第一步，穩定地在嚴苛的太空環境下保持均1、持續的聯繫，不掉線也對星間通訊設備提出了更高要求。

杜利介紹，創建星間通訊鏈路並保持鏈路穩定是一項最關鍵的技術。兩顆衛星始終處於相對高速運動，要成功建鏈並保持穩定須要瞄準、捕獲和跟蹤。

「星間激光通訊是極遠距離、極弱信號的探測，其技術難點來自於超遠的距離、鏈路的動態變化和複雜的空間環境。」杜利說，因爲距離超遠，星間可採用激光通訊技術，這就要求發展功率大、功耗低、線寬窄和溫度穩定性好的激光器模塊，超高靈敏度的光電探測器，以及高速光電轉換器件。

此外，在星座系統規模上，杜利提醒，通常來講：若是單星質量在百十公斤如下、單一功能的衛星，其投入成本不高，幾10、幾百顆星座的投資、建設、運營仍是能夠承受的，以好的商業模式長期運營也能夠盈利；但若是單星質量到了噸級，甚至數噸級，其結構和功能每每比較複雜，制形成本很高，其星座系統的建設、運營、管理也很複雜，整個系統投入像個天文數字，通常很難用商業航天模式去解決，此類商業航天項目一般獲利困難，不易成功。

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智能衛星「天智一號」能作這些事

據悉，「天智一號」衛星的核心是一個小型高性能星載雲計算平臺，支持有效載荷即插即用、應用軟件按需加載，能夠經過上注不一樣的應用軟件，讓衛星完成不一樣的任務。與傳統衛星相比，「天智一號」具備三大特色：一是智能程度高，衛星所獲大部分數據處理都可在軌完成，根據須要下傳地面；二是衛星爲開放型系統，用戶能夠爲衛星開發軟件，並可根據必定流程將開發的軟件上注衛星，開展在軌試驗；三是衛星的實時狀態，普通大衆可經過手機利用「追星APP」訪問查詢，並與衛星互動，甚至在「天智一號」空閒時指揮衛星在軌實時執行「太空自拍」等空間任務。

此外，「天智一號」衛星是「天智」系列新技術試驗衛星中的第一顆。在接下來的5到8年時間裏，已經規劃的「天智二號」到「天智十號」共17顆星將陸續發射。