从更高起点谋划“星融网”的未来

◎中国航天科技集团公司第十二研究院院长 薛惠锋

习近平总书记在党的十九大报告中，再次把建设航天强国作为加快建设创新型国家的重要内容。当今世界，航天已经发展成为科学发现最活跃、尖端技术最集中、工程实践最复杂、产业带动最强劲的领域之一，是维护国家安全的战略基石，是推动科学技术进步、服务经济社会发展的重要力量，是国家意志和综合国力的集中体现，也是大国博弈的战略高地。今天的航天与数百年前的航海一样，是人类探索未知世界、拓展生存空间的历史必然，一定会深刻改变世界的政治版图、地缘格局、社会形态，深刻影响科技发展、文明进步的方向和进程。

面对陆、海、空、天、网五大空间，如果没有制天权，将难以拥有其他制权；如果没有航天强国，就很难为网络强国等提供全方位的保障。例如，在维护海洋权益中占据主动，离不开天基遥感系统，实现对海域的全面监测和掌控；在网络主权之争中决胜未来，迫切需要建设独立自主、高效运行的卫星通信网络，并与地面通信网络融合，打破互联网的垄断，以保障网络设施安全、维护数据主权。

中央作出了建设“天地一体化信息网络”的重大部署。落实好这一部署，核心在“建”，成败在“用”。人类已向太空发射了超过上千颗人造卫星。这些卫星本身性能可能较高，但彼此之间的沟通和协同却不足，其间大量沟通都依赖地面设施。功能单一、运行依赖地面、相互之间孤立的卫星网络系统，已经不能满足人们实时、综合的服务需求。国家“十三五”科技创新规划把“天地一体化信息网络”作为面向2030年的15个重大科技项目之一。建设这一系统，不仅要建设功能多样、轨道互补、高度智能、自主运行、灵活扩展的异构卫星网络，更要实现与地面电信网等各类网络的全面融合，满足陆、海、空、天用户移动通信和网络接入等需求，让我们无论何时何地，彻底告别特殊环境“与世隔绝”的困扰，彻底改变网络主权“受制于人”的局面。

为此，在“天地一体化信息网络”的应用层面，我们提出了“星融网”的框架思路。

一、战略牵引，掌控“四权”

网络是数据的“路”，数据是运行在网络上的“车”，而数据所承载的现实本体，就是为一个国家、一个企业、一个家庭所有的“车载物品”。构建“星融网”的根本目的，是为了五大空间的全方位互联互通，打造服务政府治理、军队作战、企业创新的“数据大脑”，以“制数权”掌控“制脑权”。同时要看到，作为数据载体的“互联网”的主权不在我们手中。而没有“路”的自主，跑在路上的“车”就没有安全保障，必须以“制网权”来保障“制数权”。在天空地一体化条件下，掌控“制天权”又是“制网权”的重要前提。因此，以“制天权”保障“制网权”，以“制网权”保障“制数权”，以“制数权”获取“制脑权”，是“星融网”建设的战略目的。

（一）“制天权”决定“制网权”

对信息的掌控能力，很大程度上取决于进入空间、利用空间的能力。特别在国防和军事方面，“数据流牵引指挥流”的未来战争形态，根本上依赖天基系统的信息支援。从国外看，目前，美军70%以上的通信、80%以上的情报侦察与监视、90%以上的精确武器制导都依赖卫星系统。美国于今年启动天基“深空先进雷达方案”项目，开始建造第三批“地球同步轨道态势感知计划（GSSAP）卫星”，提高中高轨道太空事件的监测认知能力和反应速度。近年来，多国大力发展小卫星以及编队飞行技术，以组成陆海空天一体化综合信息应用系统，进一步缩短作战信息的获取、融合和分发时间，力争在全球信息优势方面拉大与对手的“代差”。可以说，没有太空安全，就没有网络、海洋、经济、国防、军事安全；没有天基信息系统，就不可能在网络空间主权的维护中掌握主动权。

（二）“制网权”决定“制数权”

由于互联网源自美国这一历史原因，我国网络空间领域关键基础设施、核心技术、重要产品无法自主可控，使我国数据主权面临着重大现实威胁和潜在挑战。

一是“心脏中枢”受制于人。互联网13台根服务器中，唯一的主根服务器在美国，12台辅根服务器中有9台在美国。美国对互联网域名解析工作的主导，导致了全球数据对美国单向透明。二是“骨干枢纽”尚难自主。国外的路由器、交换机设备制造商，在我国骨干网核心节点，特别是在一些关键领域和行业中，占有极高市场份额。三是“末梢神经”广被渗透。外资企业占据了网络终端设备的庞大市场份额。这些企业有时会迫于压力与美国情报部门合作，运用其产品和服务的便利条件，获取政府、企业和个人的敏感数据。四是数据跨境监管制度滞后。跨国企业在不同国家分支机构之间传输海量商业数据，带来数据跨境流动安全的问题。我国互联网行业的几大巨头均为外资控股，容易受国外势力影响，造成联网用户海量数据在无监管情况下出境。解决这些问题，不仅要完善数据分等级保护、数据跨境监管等制度，更要构建自主可控、稳定运行的“星融网”，以提高非常时期的网络基础设施抗摧毁、抗打击和自我恢复能力，把网络主权、数据主权牢牢掌握在自己手中。

（三）“制数权”决定“制脑权”

大数据时代，数据是治理体系和治理能力现代化的基础性战略资源。无论是激发经济活力、重构社会形态、再造企业范式、创新政府治理，都需要掌控和处理规模庞大、标准不同、结构复杂、类型众多、层次繁复的数据资源。此外，系统之间、层次之间、地域之间、行业之间存在复杂的数据交互和关联关系，加之“人”的因素的介入，使这一系统更为复杂，是典型的开放的复杂巨系统。只有掌握“数据治理”的科学方法和有效手段，才能掌控“制数据权”，才能为国家、政府、企业的治理构造智慧化的“数据大脑”，真正实现全面感知、科学决策、实时反应、综合协调、指挥控制。构建“从定性到定量的综合集成研讨厅体系”，打造“人机结合、人网结合、以人为主”的智慧化系统，是用“制数权”掌控“制脑权”的有效方法。“从定性到定量的综合集成研讨厅体系”的运用，将实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨行业综合集成，推动工程系统、政策系统、社会系统“从不满意状态到满意状态”的综合提升，从而实现“数据到决策、数据到研发、数据到生产”的颠覆性创新。

二、以用为本，实现“四化”

“星融网”将着重统筹军、民领域的应用需求，解决空间信息应用的四大问题，实现“四化”。

（一）感：态势感知“全域化”

“星融网”的建设，将把天基、空基、地基感知系统融合起来，形成全方位、全频谱、全时域的态势感知体系。在军用领域，可实时采集敌军兵力部署、武器装备、防卫设施等战场环境数据，为指挥决策提供实时化的情报数据支撑；在民用领域，“星融网”将实现天空地海大数据“全球性观测、全天时监控、全覆盖采集、全行为记录”的目标，支撑政府治理和企业生产经营。

（二）传：网络传输“一体化”

“星融网”空间网络协议将解决较长的传播时延、较高的误码率、非对称的链路、动态的拓扑关系、异构的网络环境、高度受限的星上资源、安全性差等诸多特殊挑战，推动现有地面互联网等网络协议直接应用于空间网络。在军用领域，确保复杂战场环境中完成海量数据的动态可靠传输，赢得制信息权；在民用领域，“星融网”将全面拓宽服务时域和地域，实现对空中、海上、偏远地区的信息传输服务。

（三）知：数据分析“智慧化”

“星融网”将通过异构融合、清洗去冗、关联挖掘、分布计算，解决数据的复杂性、真伪性、功效性、海量性、协同性问题。特别是对于来源广泛、结构复杂、规模庞大的异构、海量、多源数据，进行过滤、甄别、去噪、融合，并进行关联、聚类等各种分析。通过几何、层次、图像等可视化推理与分析技术，集成人的智慧，运用人的感性思维，提取数据隐含规律信息，形成“从数据到决策”的知识发现、情报获取、仿真推演和效能评估能力。

（四）用：决策指挥“敏捷化”

“星融网”将面向军、民领域应用需求，建立天空地海一体化的决策指挥平台，实现“监测、预警、响应、处置、评价”。在军用领域实现发现到处置的无缝对接，赢得先发优势；在民用领域实现城市民情、政务、交通、环境、能源、水资源等信息预警监测与管理，特别是保障重大突发事件的应急管理，构建“平战结合、平灾结合”监测防控、预测预警、指挥调度、应急保障、模拟演练于一体的应急体系，实现处置突发事件的敏捷化。

三、问题导向，破解“四难”

“星融网”节点类型众多，在天、空、地、海运行的不同节点的功能、接入传输的能力迥异，使其成为一个高度异构、动态复杂的巨系统。科学构建和运用“星融网”是一项艰巨的挑战，在战术层面，至少需要解决组网协同、信息传输、数据融合、仿真验证四个难题。

中国航天科技集团公司第十二研究院肩负着中央赋予的“建设钱学森智库；支撑航天、服务国家；成为军民融合产业平台建设抓总单位”三大使命，发挥着中国航天五大总体作用，即智库总体、情报总体、数据总体、网络与信息化总体、军民融合产业化推进总体，是中国网信军民融合联盟、国家两化融合创新推进联盟、中国卫星全球服务联盟、中国电子商务联盟等国家级平台的依托单位。十二院独有的平台优势与核心能力，能为破解“星融网”的四个难题，提供系统性、安全性、有效性、可靠性的解决方案。

（一）组网协同的“系统性”

组网技术是保障“星融网”信息安全可靠传输的关键。对“星融网”这样一个复杂巨系统来说，总体设计的好坏决定了系统的可靠性、易用性、抗毁伤性。例如，卫星如何布局，星间链路如何设置，地面网络如何布点，需要运用系统工程的思想，加强总体设计。钱学森为十二院打造了一套智库方法工具体系，铸就了“从定性到定量的综合集成研讨厅”体系框架，形成了“专家体系、知识体系、机器体系”相互融合的钱学森智库基础设施。十二院在“三大体系”的基础上，完善形成了钱学森智库“六大体系、两个平台”，即“思想库体系、x数据情报体系、网络和信息化体系、模型体系、专家体系、决策支持体系，以及机器平台、指挥控制平台”。无论是“载人航天飞船方案”的提出，还是“国家民用空间基础设施发展规划”的研究论证；无论是《中国的航天白皮书》，还是多个航天发展五年规划，十二院及其前身都发挥了重要支撑作用。钱学森智库“六大体系、两个平台”，能够为“星融网”的系统规划、系统设计、系统建设、系统管理提供科学有效的方法支撑。

（二）信息传输的“安全性”

从物理层到应用层，“星融网”都存在安全隐患，并呈现出与地面网络不同的安全特征，信息安全保障的任务艰巨。例如，无线传输特性、复杂组网结构、空间环境恶劣等特点，使“星融网”容易受到信息窃取、干扰和破坏。此外，星间通信链路容易受到宇宙射线、电磁信号等外界干扰，加大信号传输中的错误率。十二院在星间、星地数据传输方面，利用帧间编解码处理等技术，可以在很大程度上确保“星融网”数据传输的无损、实时、安全。

（三）数据融合的“有效性”

十二院拥有相关领域“国家工程实验室”、“北京市重点实验室”，以及300台存储、处理能力较强的服务器集群，建设了钱学森数据推进实验室、综合集成仿真与演示实验室，中国工程院工程科技知识中心、战略性新兴产业中心、航天中心。十二院在长期支撑航天型号任务以及地方数据工程的建设中，具备了“空天地海”一体化信息集成能力，致力于推动数据本体到数据衍生问题的技术创新，能够在数据采集、评估、辨伪、清洗、存储、传输、融合、应用等各环节，支撑“星融网”跨军民、跨行业、跨领域的海量数据的应用。

（四）仿真验证的“可靠性”

“星融网”的建设，是高技术、高投入、高风险、高效益、长周期的重大工程，必须依靠仿真验证这一科学、经济的手段，最大限度地提高设计的可靠性。随着研制周期不断缩短、性能要求不断提升、系统规模和复杂度急剧增长， “基于模型的系统工程（MBSE）”正在仿真验证中发挥越来越重要的作用。这一方法正在被NASA、ESA等国外航天管理部门广泛尝试和采用。十二院是国内MBSE理论和实践的最早探索者之一，并在航天型号研制中进行了推广应用。十二院将建立陆海空天空间信息网络仿真与测试平台，为“星融网”需求分析、功能设计、各阶段仿真验证等提供一套有效管用的方法工具，进一步缩小“天地一体化信息网络”理论研究与实际应用之间的差距。

结语

一部人类文明发展史，就是一部新生代替旧有、先进颠覆落后、科学改造蒙昧、开放打破封闭的历史。从古到今，科学技术的每一次重大突破，都会引发生产力的深刻变革，推动人类文明的巨大进步。“星融网”的建设，将凝聚起构建数字主权新疆界的强大力量，把浩瀚无垠的“深空”、虚拟世界的“深蓝”连接起来，实现从“数字地球”到“数字宇宙”的跨越，推动人类太空文明开辟新天地、迈向新境界。