用软件实现卫星在轨进化、协同互联

　　一颗卫星从头顶飞过，留出的应用窗口期只有几分钟。这就意味着，一座城市耗费巨资发射的“专属卫星”，每年能为本地服务的时长不足卫星生命周期的百分之一。这个问题该如何破解?

　　多年来，依托中国科学院软件研究所建立的天基综合信息系统全国重点实验室通过攻克巨星座系统、星座系统构建以及多源信息融合等技术，探索智慧卫星与全球共享星座的应用场景创新。近期，该实验室卫星软件应用型成果获批落地。科技日报记者专访了实验室软件定义卫星项目负责人、软件定义卫星技术联盟秘书长赵军锁，探寻几十万米高空高速巡航的卫星实现商业化运营的可行路径。

　　传统卫星商业化运营模式尚存痛点

　　记者：一颗卫星飞越城市上空，往往只有短短几分钟的应用窗口期。单颗卫星的商业化为何如此困难?

　　赵军锁：这正是商业卫星的“过顶之痛”。假设某城市投资上亿元发射了一颗低轨遥感卫星，它每天经过该地上空的累计时间可能不足10分钟。用户最需要数据的时刻，卫星往往在轨道的另一侧;而当卫星过顶时，用户不一定有急迫需求。需求和过顶持续错位，导致单星利用率极低。

　　卫星在太空孤独绕行，用户在地面焦急等待——这种“时空错配”是传统卫星商业模式的最大痛点。

　　记者：那为何不增加卫星数量?

　　赵军锁：增加卫星数量并不是最好的解法。传统逻辑认为，只有卫星足够多、用户覆盖面足够广，才能将单星研制和发射成本摊薄至盈亏平衡点以下。SpaceX的“星链”在部署超过3000颗在轨卫星后，才首次录得正向现金流。但如果卫星不够好，规模再大也是赔钱;卫星足够好，小规模也能盈利。我们实验室追求的，是用技术升级把卫星盈利所需的组网规模降低一个数量级。

　　传统卫星是“任务定义”的，发射前即固化单一功能，上天后硬件和软件均不可更改。这类卫星无论发射多少颗，单星可贡献的价值上限都很低，只能依靠海量堆叠达到盈亏平衡或实现盈利，风险极高。

　　而我们实验室研发的软件定义卫星则完全不同——它的功能可在轨重构，载荷可即插即用，还能实现多颗卫星的自主协同工作。同一颗卫星，今天可服务农业，明天可用于应急容灾，后天又能参与气象预报。数颗这样的卫星能够联合执行单颗星无法完成的复杂任务，比如大区域动态监测或实时灾害响应。理论上说，用160余颗软件定义卫星可铺满一个近地轨道面，在这些卫星上安装好各类应用，就能够为一座城市提供商业化卫星服务，构建可持续的商业运营模式。

　　让每一颗卫星可重组、可交互

　　记者：如何让卫星变得更好?软件定义卫星具体怎么做?

　　赵军锁：我们实验室正在推出的“天智标准星”可类比为计算机的“通用主板”或手机的“公版设计”。它集成了标准化的天基高性能计算单元、可重构星载操作系统、共性部组件和标准接口，以及统一的通信与数据协议。载荷设备只需符合接口规范，即可“即插即用”，可以大幅缩短不同种类卫星的研制周期并降低开发成本。

　　但“标准化”只是起点，真正让卫星产生质变的是软件的能力。软件可以帮助卫星实现在轨进化，即便在卫星进入太空轨道后也可通过上注新算法、新应用，不断升级卫星能力，甚至修正设计缺陷。此外，多颗“天智标准星”还能实现星间协同，通过激光或微波星间链路互联，构成分布式智能卫星网络，实现自主任务规划和协同感知。

　　我们期望的不是单颗卫星有多强，而是让每一颗卫星都成为可重组、可交互的智能节点。基于这一理念，我们实验室计划用164颗“天智标准星”铺满一个近地轨道面，构建“全球共享星座”示范系统。该星座系统可针对特定城市或区域，在指定时段提供连续、综合的天基智能服务，包括遥感、通信、导航增强和星上计算。一旦在这个规模上验证了局部时段盈利，我们便可以逐步复制成功案例，扩大星座规模。

　　以开放生态破解垄断困局

　　记者：实验室打造的“全球共享星座”与传统商业星座的本质区别是什么?

　　赵军锁：传统商业星座通常是单一企业封闭建设，自行发射成百上千颗卫星，投资大、周期长、风险集中。而“全球共享星座”采取“联盟共建、资源共享、收益分成”的模式。软件定义卫星技术联盟现有180余家成员单位，涵盖科研院所、高校、商业公司和应用企业。各成员按统一标准研制的卫星均可接入公共资源池，实现“超售”服务——即同一颗卫星在同一时段可为多个用户提供不同粒度的数据或计算服务，实验室打造的“天智云”平台可根据实际资源使用量进行智能调度和收益分配。

　　“全球共享星座”的运营模式像网约车平台。平台不一定拥有海量车辆，但通过开放协议和智能调度，可以让千万辆社会车辆加入，最终成为最大的出行服务商。“全球共享星座”可以用开放对抗封闭，用共享对抗垄断。

　　这不仅是商业上的最优解，也是防范“凯斯勒效应”(空间碎片级联碰撞)和“太空利维坦”(单一超级实体控制过多轨道资源)的有效方式。

　　记者：软件定义卫星技术的落地，将带来怎样的商业航天新格局?

　　赵军锁：该技术的落地将实现三个“不从零开始”。

　　一是造星不从零开始。“天智标准星”提供类似计算机主板的通用模板和标准化部组件，帮助卫星制造由“艺术品级定制”转向“批量组装”，大幅降低研制门槛和周期。

　　二是用星不从零开始。通过卫星配套的云服务平台——“天智云”平台，用户无需自建地面站、无需申请频段和轨道，即可按需调用天基资源，像使用云计算一样获取卫星数据或计算能力。

　　三是开发不从零开始。为了帮助非卫星行业的开发者参与到卫星功能的开发中，我们实验室为开发者构建了“天智场”仿真与开发环境。第三方开发者可以像为手机开发App一样，为卫星编写软件，测试功能。

　　在不久的将来，卫星发射成本或将低至百万元一颗。卫星将像水电网络一样成为普适基础设施，“共享卫星”也将从概念走进现实。

　　技术路径已经清晰，产业生态正在形成，政策支持也在不断完善。让卫星从“任务定义”转变为“软件定义”，天基综合信息系统全国重点实验室以及软件定义卫星技术联盟推动的不仅是一次技术迭代，也是一场产业理念的重构。当卫星从“专属资产”变为“共享资源”，从“功能固件”变为“智能活件”，会有更多的太空服务被充分挖掘出来。我们正在和不同的城市达成合作，为当地定制虚拟星座，挖掘更多卫星应用场景，推动商业航天可持续发展。