C114讯 3月14日消息（苡臻）软件是数字经济的灵魂，小到一颗智能传感器，大到一整座智慧城市，无不依赖软件系统的驱动，软件定义一切正在成为现实。当软件走向太空，遇到卫星互联网和商业航天，又将会碰出什么样的火花呢？
近日，C114采访了中国科学院软件研究所研究员、软件定义卫星技术联盟秘书长赵军锁，围绕软件定义卫星的概念定义、体系架构、关键技术、应用前景，以及商业航天的现在与未来等话题展开深入交流。
卫星需从“任务定义”走向“软件定义”
在卫星领域，长期以来人们谈论较多的是“任务定义”，即卫星依据特定任务来设计，如导航卫星专注导航功能，遥感卫星聚焦遥感任务。然而，如今卫星发展正面临从“任务定义”向“软件定义”转变趋势。那么，究竟什么是软件定义卫星？为何会产生这样的转变需求呢？
赵军锁指出，传统卫星通常在设计之初就被赋予了既定功能，基于此功能进行针对性设计。这种模式的优势在于经济实惠，因其仅需实现特定功能，卫星体系架构可围绕该功能进行优化。但弊端也十分明显，卫星上天后，只能为既定目标用户提供服务，一旦用户需求发生变化或出现新需求，便难以满足。
“这时就要将卫星变成一个公共计算平台，当有新用户需求时，可通过加载新的软件对卫星功能进行重构，以适应多样化需求。”倘若天上卫星众多，构成一个庞大资源池，理论上便能从中选取所需卫星资源，并加载软件重新定义其功能，为动态多变的用户需求提供临时解决方案，增加卫星的灵活性。
“在商业航天背景下，软件定义卫星已成为备受认可的技术发展方向。许多卫星在发射前，若仅针对特定用户设计，市场空间往往受限。而卫星入轨后的有限寿命期内，灵活调整功能以满足新用户需求，是实现更大运营收益的关键，这已成为行业内的重要共识。”他说道。
但太空环境复杂恶劣，软件定义的实现绝非地面移植那般简单。软件定义卫星虽前景广阔，实现过程面临诸多挑战。赵军锁认为，实现软件定义卫星技术，需分三步走：
首先，对卫星硬件资源进行虚拟化，通过设计API接口，使上层应用程序能够调用原本不对外开放的硬件资源；其次，实现资源复用，让不同应用程序可同时使用底层资源，提升应用效率；最后，进行系统软件平台化，将公共功能沉淀到系统软件中，为高层应用软件提供便捷访问途径，在此基础上推动应用软件生态化。“届时，不同用户和行业能依据自身需求编制 APP 加载到卫星上，当卫星飞过头顶时，动态加载软件，为星下点用户提供定制化、个性化服务。”
然而在这一实现路径中，存在诸多关键技术难题。例如，为支撑更多星上APP运行，需大幅提升星上算力。以往星上算力较低，复杂算法难以运行，而如今神经网络乃至未来大模型对算力要求极高，若算力不足，相关应用将缺乏运行平台。为此，前些年提出的“天基超算”概念，旨在将星上算力提升几个数量级，与地面算力基本持平，使地面能运行的复杂算法在天上也可运行。当然，针对太空环境，算法可能需进行轻量化、精简处理，以适配天上硬件，但不能存在量级差异。
与此同时，要实现高算力，需采用高算力芯片。但这类芯片工艺水平在太空环境中无法直接使用，因此要进行硬件加固和软件容错，构建可靠计算系统，满足空间环境对算力和可靠性的要求，为软件定义卫星发展创造条件。
“但是，软件定义卫星的难点不仅在于技术层面，未来其规模化应用时，多星协同工作将成为关键。”卫星多星协同需要大量星间链路支撑以及更复杂算法实现，这就要求行业内达成共识，形成统一标准和规范。若体系架构不统一、缺乏技术规范，应用将无法在不同卫星间迁移和协同，难以发挥星座整体效能。
推动全球共享星座建设 纳入统一资源池
赵军锁提到，软件定义卫星技术联盟对相关技术进行了多方面验证。联盟成立7年来，不同成员单位对软件定义卫星技术的各个方面开展了在轨飞行验证，发射一系列“天智”卫星，从单一技术来看，基本达到预期。
目前，软件定义卫星技术已具备大规模产业化应用的前期条件，从“0 到 1”的技术突破阶段已取得诸多成果，接下来需将这些技术进行集成，实现从“1 到多”的大规模应用。
商业航天的未来要建立在软件定义卫星技术之上，这个理念目前已形成共识。目前，标准化和产业链的成熟度正逐渐增强。联盟正推进航天应用商店和卫星产品货架建设，未来可将符合标准规范的应用程序和硬件单机纳入其中。
同时，联盟还推动技术生态形成，每年举办联盟技术大会及其他小型论坛，制定相关标准规范，促进产业界与学界联合，营造技术生态繁荣发展的环境。
产业方面，联盟实践软件定义卫星技术，推动全球共享星座建设。鉴于众多商业航天公司各自建设星座，技术路线未必符合软件定义标准，联盟呼吁卫星厂商在研制卫星时遵循标准规范，将卫星空闲资源纳入统一资源池，构建全球共享星座。如此一来，不同用户可从资源池中选取资源，重新编程并加载软件，服务自身目标客户，提高卫星厂商在轨收益。这不仅关乎星座建设商和运营商的业务发展，更是整合星上闲散资源、服务更多行业用户、构建产业网络的关键举措。“未来的产业应该是形成一张网资源，各方共同向资源池贡献资源，用户从中获取资源，实现更大收益和产业规模扩张。”他说道。
“目前，联盟已成功举办两次全球共享星座大会，吸引国内外众多响应，已有更多厂商和星座运营商愿意将卫星纳入全球共享星座。”
后续，联盟计划构建 “珍珠链” 实验星座，在一个轨道面上部署一两百颗星间可通信的卫星，这些卫星遵循统一架构规范，用于验证多星协同及组合形成新能力，实现软件规模和品种的拓展，形成应用示范。该星座建成后可进行复制，在不同轨道面间还可实现协同，之后逐步发展为大型星座，以经济实惠的方式推动技术进步。今年，联盟将积极推动更多人参与 “珍珠链” 星座示范建设及应用市场拓展工作。
竞争无出路 须建立太空命运共同体
从产业链来看，卫星互联网和商业航天主要包括卫星研制、卫星发射、地面设备、运营及服务四大环节。向上延伸主要为材料、燃料、电子元器件，向下延伸为卫星应用。
赵军锁认为，当前，商业航天领域面临“建不起来、连不起来、管不起来、用不起来、迭代不起来”等诸多挑战。
“建不起来”即很难在短期之内形成大规模星座，在卫星和发射成本未降低的情况下，仍存在很多困难；“连不起来”即在轨卫星之间难以连接成网，不同厂家研制的卫星若不遵循统一标准规范，无法形成整体网络；“管不起来”即管理调配困难，现有卫星由各家分散管理，缺乏统一调配机制，技术上也难以同时管理众多卫星；“用不起来”即使用受限，不同厂家卫星协议规范各异，难以临时获取使用权并加载应用软件，只能使用提供的既定功能，限制更多的个性化需求；“迭代不起来”即技术更迭缓慢，卫星入轨后软件更新多由研制者负责，更新速度慢且缺乏第三方参与。
尽管挑战重重，但未来发展方向明确，即构建规模化、网络化、服务化、智能化、生态化体系。
在这种形势下，业界应加强合作，摒弃单纯竞争。“这个行业，我认为竞争是没有出路的。与其在不大的市场中争抢有限份额，不如大家携手合作，共同挖掘市场潜力，将市场规模做大，将行业‘蛋糕’做大。这样一来，大家都能在更广阔的市场空间里获取更大的收益，推动行业良性循环，实现长远发展 。”
他指出，软件定义卫星技术标准规范以及全球共享星座运行规则的建立，将对行业发展起到积极推动作用。联盟希望其观点和理念能得到更多业界认可，会有更多人加入到总体设想中来，凝聚各方力量，共同构建太空命运共同体。
采访最后，赵军锁表示，太空资源应公平合理地利用，未来的目标是实现太空平权。未来随着更多卫星成功入轨，必然会有部分国家或组织建立起自身的太空优势。然而，从长远和整体发展来看，不应将追求太空优势作为主要目标，而应将实现太空平权作为核心追求。这意味着每个国家都应拥有平等使用太空资源、借助太空资源推动本国经济发展的机会与权利。
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