C114訊 3月14日消息（苡臻）軟件是數字經濟的靈魂，小到一顆智能傳感器，大到一整座智慧城市，無不依賴軟件系統的驅動，軟件定義一切正在成為現實。當軟件走向太空，遇到衛星互聯網和商業航天，又將會碰出什么樣的火花呢？
近日，C114采訪了中國科學院軟件研究所研究員、軟件定義衛星技術聯盟秘書長趙軍鎖，圍繞軟件定義衛星的概念定義、體系架構、關鍵技術、應用前景，以及商業航天的現在與未來等話題展開深入交流。
衛星需從“任務定義”走向“軟件定義”
在衛星領域，長期以來人們談論較多的是“任務定義”，即衛星依據特定任務來設計，如導航衛星專注導航功能，遙感衛星聚焦遙感任務。然而，如今衛星發展正面臨從“任務定義”向“軟件定義”轉變趨勢。那么，究竟什么是軟件定義衛星？為何會產生這樣的轉變需求呢？
趙軍鎖指出，傳統衛星通常在設計之初就被賦予了既定功能，基于此功能進行針對性設計。這種模式的優勢在于經濟實惠，因其僅需實現特定功能，衛星體系架構可圍繞該功能進行優化。但弊端也十分明顯，衛星上天后，只能為既定目標用戶提供服務，一旦用戶需求發生變化或出現新需求，便難以滿足。
“這時就要將衛星變成一個公共計算平臺，當有新用戶需求時，可通過加載新的軟件對衛星功能進行重構，以適應多樣化需求。”倘若天上衛星眾多，構成一個龐大資源池，理論上便能從中選取所需衛星資源，并加載軟件重新定義其功能，為動態多變的用戶需求提供臨時解決方案，增加衛星的靈活性。
“在商業航天背景下，軟件定義衛星已成為備受認可的技術發展方向。許多衛星在發射前，若僅針對特定用戶設計，市場空間往往受限。而衛星入軌后的有限壽命期內，靈活調整功能以滿足新用戶需求，是實現更大運營收益的關鍵，這已成為行業內的重要共識。”他說道。
但太空環境復雜惡劣，軟件定義的實現絕非地面移植那般簡單。軟件定義衛星雖前景廣闊，實現過程面臨諸多挑戰。趙軍鎖認為，實現軟件定義衛星技術，需分三步走：
首先，對衛星硬件資源進行虛擬化，通過設計API接口，使上層應用程序能夠調用原本不對外開放的硬件資源；其次，實現資源復用，讓不同應用程序可同時使用底層資源，提升應用效率；最后，進行系統軟件平臺化，將公共功能沉淀到系統軟件中，為高層應用軟件提供便捷訪問途徑，在此基礎上推動應用軟件生態化。“屆時，不同用戶和行業能依據自身需求編制 APP 加載到衛星上，當衛星飛過頭頂時，動態加載軟件，為星下點用戶提供定制化、個性化服務。”
然而在這一實現路徑中，存在諸多關鍵技術難題。例如，為支撐更多星上APP運行，需大幅提升星上算力。以往星上算力較低，復雜算法難以運行，而如今神經網絡乃至未來大模型對算力要求極高，若算力不足，相關應用將缺乏運行平臺。為此，前些年提出的“天基超算”概念，旨在將星上算力提升幾個數量級，與地面算力基本持平，使地面能運行的復雜算法在天上也可運行。當然，針對太空環境，算法可能需進行輕量化、精簡處理，以適配天上硬件，但不能存在量級差異。
與此同時，要實現高算力，需采用高算力芯片。但這類芯片工藝水平在太空環境中無法直接使用，因此要進行硬件加固和軟件容錯，構建可靠計算系統，滿足空間環境對算力和可靠性的要求，為軟件定義衛星發展創造條件。
“但是，軟件定義衛星的難點不僅在于技術層面，未來其規模化應用時，多星協同工作將成為關鍵。”衛星多星協同需要大量星間鏈路支撐以及更復雜算法實現，這就要求行業內達成共識，形成統一標準和規范。若體系架構不統一、缺乏技術規范，應用將無法在不同衛星間遷移和協同，難以發揮星座整體效能。
推動全球共享星座建設 納入統一資源池
趙軍鎖提到，軟件定義衛星技術聯盟對相關技術進行了多方面驗證。聯盟成立7年來，不同成員單位對軟件定義衛星技術的各個方面開展了在軌飛行驗證，發射一系列“天智”衛星，從單一技術來看，基本達到預期。
目前，軟件定義衛星技術已具備大規模產業化應用的前期條件，從“0 到 1”的技術突破階段已取得諸多成果，接下來需將這些技術進行集成，實現從“1 到多”的大規模應用。
商業航天的未來要建立在軟件定義衛星技術之上，這個理念目前已形成共識。目前，標準化和產業鏈的成熟度正逐漸增強。聯盟正推進航天應用商店和衛星產品貨架建設，未來可將符合標準規范的應用程序和硬件單機納入其中。
同時，聯盟還推動技術生態形成，每年舉辦聯盟技術大會及其他小型論壇，制定相關標準規范，促進產業界與學界聯合，營造技術生態繁榮發展的環境。
產業方面，聯盟實踐軟件定義衛星技術，推動全球共享星座建設。鑒于眾多商業航天公司各自建設星座，技術路線未必符合軟件定義標準，聯盟呼吁衛星廠商在研制衛星時遵循標準規范，將衛星空閑資源納入統一資源池，構建全球共享星座。如此一來，不同用戶可從資源池中選取資源，重新編程并加載軟件，服務自身目標客戶，提高衛星廠商在軌收益。這不僅關乎星座建設商和運營商的業務發展，更是整合星上閑散資源、服務更多行業用戶、構建產業網絡的關鍵舉措。“未來的產業應該是形成一張網資源，各方共同向資源池貢獻資源，用戶從中獲取資源，實現更大收益和產業規模擴張。”他說道。
“目前，聯盟已成功舉辦兩次全球共享星座大會，吸引國內外眾多響應，已有更多廠商和星座運營商愿意將衛星納入全球共享星座。”
后續，聯盟計劃構建 “珍珠鏈” 實驗星座，在一個軌道面上部署一兩百顆星間可通信的衛星，這些衛星遵循統一架構規范，用于驗證多星協同及組合形成新能力，實現軟件規模和品種的拓展，形成應用示范。該星座建成后可進行復制，在不同軌道面間還可實現協同，之后逐步發展為大型星座，以經濟實惠的方式推動技術進步。今年，聯盟將積極推動更多人參與 “珍珠鏈” 星座示范建設及應用市場拓展工作。
競爭無出路 須建立太空命運共同體
從產業鏈來看，衛星互聯網和商業航天主要包括衛星研制、衛星發射、地面設備、運營及服務四大環節。向上延伸主要為材料、燃料、電子元器件，向下延伸為衛星應用。
趙軍鎖認為，當前，商業航天領域面臨“建不起來、連不起來、管不起來、用不起來、迭代不起來”等諸多挑戰。
“建不起來”即很難在短期之內形成大規模星座，在衛星和發射成本未降低的情況下，仍存在很多困難；“連不起來”即在軌衛星之間難以連接成網，不同廠家研制的衛星若不遵循統一標準規范，無法形成整體網絡；“管不起來”即管理調配困難，現有衛星由各家分散管理，缺乏統一調配機制，技術上也難以同時管理眾多衛星；“用不起來”即使用受限，不同廠家衛星協議規范各異，難以臨時獲取使用權并加載應用軟件，只能使用提供的既定功能，限制更多的個性化需求；“迭代不起來”即技術更迭緩慢，衛星入軌后軟件更新多由研制者負責，更新速度慢且缺乏第三方參與。
盡管挑戰重重，但未來發展方向明確，即構建規模化、網絡化、服務化、智能化、生態化體系。
在這種形勢下，業界應加強合作，摒棄單純競爭。“這個行業，我認為競爭是沒有出路的。與其在不大的市場中爭搶有限份額，不如大家攜手合作，共同挖掘市場潛力，將市場規模做大，將行業‘蛋糕’做大。這樣一來，大家都能在更廣闊的市場空間里獲取更大的收益，推動行業良性循環，實現長遠發展 。”
他指出，軟件定義衛星技術標準規范以及全球共享星座運行規則的建立，將對行業發展起到積極推動作用。聯盟希望其觀點和理念能得到更多業界認可，會有更多人加入到總體設想中來，凝聚各方力量，共同構建太空命運共同體。
采訪最后，趙軍鎖表示，太空資源應公平合理地利用，未來的目標是實現太空平權。未來隨著更多衛星成功入軌，必然會有部分國家或組織建立起自身的太空優勢。然而，從長遠和整體發展來看，不應將追求太空優勢作為主要目標，而應將實現太空平權作為核心追求。這意味著每個國家都應擁有平等使用太空資源、借助太空資源推動本國經濟發展的機會與權利。 
