李伟

美国的“智能卫星”项目和中国“天智”卫星项目，有着共同的发展方向——卫星智能化。当卫星连接世界的成本和效率优于地面上的基站时，我们就进入了“天联网”时代。卫星的数据和应用程序有望在手机上接收和操作，卫星也将成为大众随时随地可以调用的工具。

卫星智能化

美国洛克希德·马丁公司宣布，将在今年年内推出新一代太空技术，实现卫星在太空中变换任务。新一代太空技术名为“智能卫星”（SmartSat），借助该技术，用户可以通过软件推送为卫星添加新的功能，分配新的任务。未来这种操作将变得非常简单，人们通过专用卫星手机就能给卫星添加一些应用程序。

据英国《卫报》报道，中国正在推进的一个新项目与美国洛克希德·马丁公司的上述新技术有异曲同工之妙。

中国在2018年下半年启动了“天智”项目，由中科院微小卫星创新研究院研制并测试新型卫星。其主要载荷包括能耗低、计算能力强的小型云计算平台以及超分相机，地面应用终端为卫星手机。手机可以给卫星添加新的程序，卫星响应终端的需求，能运行新的程序，对相机采集到的数据进行计算分析，并按程序要求执行任务。

《卫报》指出，美国的“智能卫星”项目和中国“天智”项目，有着共同的发展方向——卫星智能化。

“天眼”变“天脑”

在目前的卫星系统中，通信、导航、遥感等卫星各成体系，每种卫星一般只具备一种功能，这造成卫星数量众多而效率不高。另外，用户接受卫星服务的过程很复杂，信息的往返必须经过地面控制中心。

卫星实现智能化以后，就成为太空中的开放信息處理平台，企业和个人都可以为它们开发、推送适配的应用程序，甚至建立一个“航天应用商店”，从而实现卫星功能多样化。用户调用卫星也不必再经过地面控制中心，而是可以通过手机访问卫星，给它们下达任务，并在手机上查看任务执行的结果。

这样一来，卫星将成为数据传输和运算的节点，即“太空中的计算机”。整个卫星系统将从“天眼”变成“天脑”，即“太空中的互联网”——“天联网”。当卫星连接世界的成本和效率优于地面上的基站时，我们就进入了“天联网”时代。由多颗智能卫星组成的星座是“天联网”的重要基础架构。卫星的数据和应用程序有望在手机上接收和操作，卫星也将成为大众随时随地可以调用的工具。

试想，虚拟的“天脑”高悬于地球上方，每颗卫星都是一个“高性能计算单元”。它们接收用户上传的指令，利用“眼”（遥感、导航功能）、“耳”（通信功能）获取的信息进行智能分析，将分析结果下传给用户。

个人专属卫星

目前卫星的主要作用分布在通信、导航、遥感等方面，而人们产生了更精准的信息需求以及更快的传输速度需求。高分辨率卫星和人工智能技术的结合，激发出巨大的市场空间。

据英国BBC报道，智能卫星和“天联网”的第一批用户将是大型管理机构和企业。目前商用卫星服务已经成为很多企业的需求，有些企业还需要具备多种功能的卫星来提供服务。

城市管理机构需要太空感知与信息传输系统，为智慧城市的发展提供“眼睛和耳朵”。这就好比给城市做CT扫描，进行周期性观察。由智能卫星构建的“天联网”提供的数据，将建立城市的“健康指数档案”，帮助城市管理机构更好地了解实时状态，为智慧城市的基础设施提供强有力的支持。

除了城市规划和管理，智能卫星和“天联网”在一些新兴技术领域也将率先发挥作用。例如在无人驾驶领域，智能卫星可替代地面基站向车辆发指令。这种指挥系统更安全、精准，成本也更低廉。另外，在应急管理、安防、环保等领域，“天联网”也有广泛的应用前景。

“天联网”的远期目标，是让每个人都有望体验卫星服务。有条件、有需要的人，可以配备一颗专属卫星，从而拥有“太空中的数据处理器”，打破空间的限制，让他与世界上任何一个原本没有关联的人或事物建立密切的联系。到那个时候，人们与这个世界的互联互通方式将实现革命，进入“天地协同”的时代。

四大特点

作为“天联网”的基础单元，智能卫星与传统的卫星相比有四大特点。

一是需求可定义。卫星可根据需要重构整个系统，可以灵活响应多种不同的空间任务需求，能够满足通信、导航、遥感、科学探测等多种应用场景，提供多种功能，完成多种任务;二是硬件可重组。卫星采用开放系统架构，具有丰富的接口形式，支持各类有效载荷的即插即用，可以根据任务需求进行有效载荷、计算资源、交换资源、存储资源的重组;三是软件可重配。卫星具有一致的程序执行环境，拥有丰富的应用软件，可以根据任务需求动态配置和执行不同的APP，完成不同的任务;四是功能可重构。通过接入不同的硬件、加载不同的软件，可以快速重构出不同的功能。

智能卫星是以操作系统为核心的开放式系统，符合标准的软件组件和硬件部件都可以在平台上平滑迁移、无缝接入和灵活运用，迅捷地扩充整个系统的能力。通过灵活增加、减少、改变系统的软硬件组成，配备多种有效载荷，加载丰富的应用软件，动态构建出能够满足各种任务需求的卫星系统，进而完成复杂多变的空间任务。

简而言之，智能卫星就是在一个标准化硬件平台上运行一个具有强大容错能力的操作系统，基于这个操作系统，可以开发各种类型的APP，开展卫星的应用。就像智能手机一样，在保证通话的前提下，充分利用各种传感器，丰富系统能力——智能卫星在太空中也做着同样的事情。

智能卫星与传统卫星相比，增加了记忆、自处理、自适应功能，让更多的工作直接在太空中完成，在星上就可以对数据进行及时识别和处理，而不是回到地面中心。这大幅提高了效率，减少了低效的星地数据传输。

智能卫星重新定义了卫星软硬件之间的关系，有助于软件独立演化，为提高卫星智能化程度提供了更多可能。

研发进展

美国洛克希德·马丁公司将发射多颗智能卫星至近地轨道，并使用最先进的太空网络技术。这些卫星能够通过软件进行调整和操控，它们将测试云计算设备，验证基于无线电频率的集群卫星以及它们在太空中的网络架构。

美国还计划用新技术改善空地信息一体化系统，让卫星直接与飞机、舰船和车辆连接，以前所未有的方式实现终端用户与太空运算设备的快速连接。

中国的动作似乎更快一些。“天智一号”卫星配备了能够识别太空飘浮物的软件、三维重构软件等。软件的应用有效降低了卫星的物理载荷，也使卫星能够在太空中执行一些智能任务，例如目标检测识别、云判读、基于强化学习的姿态控制等。虽然与成熟的“天脑”还有一定的距离，但“天智”卫星已经建立了商业化模式，迈出了推动传统卫星向智能卫星演化的第一步。

中国还举办了“卫星软件创新设计大赛”，通过比赛吸引创新应用，入选的软件将登上“天智”卫星，在太空中接受检验。

中国的远期目标是：所有软件开发者都可以为卫星开发软件，适用的软件可以上传给“天智”卫星，进行在轨验证。对于卫星的实时状态，人们可以通过“追星APP”访问查询，并执行“太空自拍”等任务。

无论美国还是中国的“天联网”开发者都很清楚，网络安全是“天联网”技术的核心。基于该技术的卫星可以更快地进行自我重置，以更高的精度诊断问题，并在需要时互相支持，从而显著增强卫星的弹性与灵活性。智能卫星可以更好地自主检测并防御网络威胁，而且卫星上的网络防御系统可以定期更新，以应对不断升级的新威胁。

编辑：姚志刚