软件定义：开启卫星应用新时代

张瑷敏

拥有一台“太空计算机”，并能通过智能手机进行远程访问和使用，这样的场景正加速变为现实。日前，英国萨里卫星技术有限公司宣布，完成全球首枚软件定义商业通信卫星平台建设。这颗卫星的覆盖范围、频率、带宽、功率等都可通过软件更新实现在轨重新配置，或根据运营商需求实时调整卫星业务，即所谓的“软件定义”。业内人士称，软件定义卫星将打破传统卫星任务单一、体系封闭等状况，扩大卫星应用范围，推动卫星智能化应用发展。

让卫星为大众所用

自1957年第一颗卫星发射升空以来，人类探索太空的脚步从未停止。但直到今天，航天活动依旧被视为“少数人的游戏”，大众只是“旁观者”。

究其原因，除航天产品固有的复杂性外，还有卫星研发周期长、成本高，任务单一等，这意味着大费周折发射升空的卫星，其实是个“硬件不能互换、软件不能更新的封闭‘铁疙瘩”。除預先设定的“本职工作”外，对其他临时性任务完全“拒之门外”。

为解决这一问题，上个世纪90年代，美国国防部提出“模块化开放体系架构”，旨在将软硬件平台分解为一系列标准化模块，通过不同模块之间“搭积木”，实现不同应用效果。在这一思想指引下，“软件定义”渐成热门话题。从软件定义无线电、软件定义网络，到软件定义数据中心和软件定义信息系统，软件定义易于复用、成本较低、灵活方便，能更好地满足应用场景需求。由此，软件定义卫星应运而生。

软件定义卫星主要通过对功能模块、载荷、数据处理、网络通信等软件进行更新或重设，使卫星上各类传感器和计算单元之间兼容互通。换句话说，软件定义卫星好比一台运行在太空的开放型智能计算机，人人都可通过编程，让卫星“为我所用”。发展软件定义卫星，将进一步建立开放性的卫星平台，解锁传统卫星上软硬件之间的紧耦合关系，推动星载软件升级，让普通大众可以接近卫星，通过手机软件访问卫星、使用卫星。

能够编程的“太空计算机”

别以为软件定义卫星只是想象中的“下一代太空计算机”。2018年11月20日，我国首枚专门用于验证软件定义卫星关键技术的试验卫星“天智一号”发射升空，为卫星的空中智能化应用再添“智慧”。这枚主要载荷为小型云计算平台、超分相机和大视场相机的开放型卫星，可提供集成各类卫星应用的方案解决平台。与其他卫星不同的是，“天智一号”有一个“航天应用商店”，人们可以通过手机应用程序直接访问查询卫星，甚至还能指挥卫星在轨“自拍”。

当然，要想促使卫星应用真正进入“寻常百姓家”，还需要为卫星写程序。软件定义卫星实现主流编程环境最大程度兼容性，人人都可以开发星载软件，上传到“航天应用商店”进行软件上注和在轨试验。软件定义卫星的核心是天基超算平台和星载操作环境，功能类似于计算机“主板”与操作系统。天基超算平台集成星载传感器、执行器和通信器，提供丰富的接口形式和强大的计算能力。星载操作环境主要为各类应用程序提供平台运行支撑，实现各类软硬件即插即用和动态配置。

这样看来，需求可定义、硬件可重组、软件可升级、功能可重构的软件定义卫星，犹如一台随时可以安装不同应用软件的“太空计算机”，为其编写的应用程序上注卫星后，可灵活改变卫星应用模块的软硬件组成，组合出满足各种任务需求的卫星系统，执行不同空间任务。英国萨里卫星技术有限公司的全球首枚软件定义商业通信卫星，就允许卫星运营商根据需求调整卫星业务，在卫星发射入轨后实时调整卫星参数，大幅降低卫星运营成本。

军用融合开启未来应用

近年来，软件定义卫星被认为是卫星军民融合应用“典范”。以“天智一号”为例，除用户可注入软件并查询卫星状态外，它还具备智能目标检测识别、智能云判读、智能姿态控制等执行智能化任务的能力。此项技术一旦推广应用，不仅能有力提升卫星对载荷的适配能力和对软件的兼容性，还能打造出高速信息传输、存储、处理和灵活应用的“太空多面手”，为智能化军事应用和民用领域提供广阔的发展前景。

软件定义卫星能为人们提供高速通信、精确导航、态势感知和空间授时服务等，无论是战场作战单兵，还是农民、天文爱好者或是自然资源普查人员，都可以通过手机软件与卫星进行一场“星地对话”。借助软件定义卫星，士兵可以快速获取卫星图像，掌握战场态势，农民、天文爱好者和自然资源普查人员可租用卫星，获取卫星服务。未来，研究人员借助软件定义卫星，还将搭建天地一体信息网，开发更多卫星智能化应用。