想让卫星软件不“软”给草根开发者提供的条件得“硬”
本报记者 张佳星
在刚刚过去的一周，美国太空探索技术公司SpaceX首席执行官埃隆·马斯克发出了数千份星链互联网服务公开测试版的邀请函。
如果说智能手机时代“苹果”率先破局，“安卓”奋起直追，那么在天基智能时代，马斯克正以星链计划的迅速推进成为率先破局者，那么追赶星链的“安卓”又在哪里呢？
“未来的卫星不会是单纯的通信卫星，而是要拼算力、拼软件的。”在日前召开的2020软件定义卫星创新论坛上，中国科学院软件所研究员赵军锁表示，通过开放的方式部署天基智能工程，融入开源理念，形成共享、互通、合力的生态，发动全社会的力量才会有更强大的后发动力。
卫星功能的实现需要借助草根力量
开源的理念、开放的模式让“安卓”后来居上。安卓项目重要的诞生平台GitHub（开源软件平台）上注册的开发者有5000多万，有将近1亿的不同项目在开发。
手机系统需要借助草根的力量，卫星的功能实现也是一样。
关于卫星，你能想到的最朴素的愿望是什么？会不会是想让卫星给自己和地球拍个实时照？其实通过智能图像判读剔除云层的遮挡，再加上图像合成技术，你的这个愿望可以实现。
“大部分星上要实现的功能，都有相应的开源软件解决方案。”赵军锁说。草根的智慧不容小觑。但问题是，这些软件能不能在卫星上跑起来，卫星的算力够不够。
“如果我们能够把卫星的计算能力提上去，让功能软件在天上‘上注’（即上载）并顺利运行起来，那么很多功能是不需要统筹开发的。”赵军锁说，激活草根的力量，能够让天基智能犹如站在巨人的肩膀上，得以快速发展推进。
“我们希望有更多的人为卫星去开发软件，有更多的厂家能够研制超算平台、兼容载荷等产品。”赵军锁说，但为卫星开发软件，门槛较高，开发流程长，需要验证。由于空间环境与地面环境完全不同，验证非常重要。
为此，中国科学院天基综合信息系统重点实验室通过“天智工程”的实施搭建了天智星云平台，登录之后，开发者可以为在轨卫星开发软件，并提供在轨验证，系统还匹配了商店，为开发者提供必要的硬件和软件开发工具。“我们也在推进开放型实验星座的建设。”赵军锁说。
开放的验证平台让“够不着天”的软件开发者们有了一架通天的“桥”。自此，大量的开发者有条件从基于地面网络的开发转向基于卫星的天基网络的软件开发。
据介绍，很多在校学生加入了为卫星开发软件的队伍。例如，来自中山大学的欧阳文俊与团队一起开发的软件，可以让手机直接变成“卫星电话”，在无人区、在海上等无基站的地方通过卫星发“微信”。
“三个允许”让草根智慧壮大天基智能
来自草根的软件开发得再完美、应用功能再奇妙，如果不能进入卫星，也是徒劳。
允许第三方为卫星开发软件；
允许第三方在卫星上部署软件；
允许第三方通过软件上注持续扩充卫星功能和提升卫星性能。
这3个允许是草根智慧最终能够“壮大”天基智能的基础。
“未来，卫星不应该是用功能定义的，比如气象卫星、通讯卫星等都明确了卫星的功能。”中国通信学会卫星通信专委会委员季文涛表示，未来的卫星应该是不同资源开放的平台和接口，能够实现跨行业、跨目标的功能。
“这需要包括芯片、通讯协议等在内的整个架构的灵活性。”南京世域天基创始人郭正标说，如果一套终端在兼容不同卫星时，协议之间有很多差异，将会大大折损效率。
更直白地说就是，卫星间的沟通语言被人为地割裂为“几国外语”又没有熟练地翻译，将大大降低不同星座卫星间的共享、互通。
在地面，由于有了协议，不会因为这台机器用Windows系统，那台机器用Linux系统就不能互传信号了。
地面如此，天上也一样。“我们开发了适应不同星座网络的天智协议栈，通过虚拟化，将卫星的IP和标识进行了有效统一，可实现天地一体化路由和传输。”赵军锁说，天智协议栈的研制，不仅可以大力支撑国家天地一体化网络以及航天科技、航天科工、中科院等行业部门卫星系统的建设，对商业航天也将起到极大的促进作用。
共享、互联将爆发出巨大的未知力量
“去年，全球射电望远镜联网，为黑洞拍摄了首张照片。”中国科学院国家空间科学中心研究员杨震表示，如果全球的空间科学卫星能够网联起来，应该会发现更多的未知科学现象。
天基互联网的应用正在带来越来越多的意想不到。以卫星的视角可以通过航海油轮的载量判断原油产量；通过卫星对农作物长势数据的采集，还可以预判当年的收成……
人类已经离不开网络，人类的脚步延伸到哪儿，网络作为一种基础设施就会延伸到哪儿。“从空间科学和深度探测的角度来讲，我们也希望网络能够从地球一直延伸到深空。”杨震说，虽然科学家对此也提出了一些构想，例如构建太阳系里的通信网络等。但目前，数据的传递速率限制了目标的实现。
更大的限制来自于能量，空间上如何实现智能运算的供能也是目前的“痛点”。当卫星走向智能，大量的运算将需要大块的太阳能板提供能量。“显然卫星不能支持太阳能板‘做加法’，或许未来一个新的芯片架构，可以既支持人工智能在卫星上使用，又保证低功耗。”郭正标说。
总体而言，低门槛、高性能是天基智能生态的关键词。
“天智星云平台是一个开放、创新的平台。”赵军锁说，它为开发者、第三方大大降低了“上星”门槛，软件开放通过网页，甚至通过小程序的方式都可以访问，并且配备了机器学习 平台、大数据平台测评平台等开发者的“趁手装备”，并希望通过硬件、软件的进步，让平台上的用户可以更好地互通有无。
“现在星座计划也被频繁提出，但受限于技术、资金等原因，星座规模不可能太大，其提供的服务也是比较有限的。”赵军锁说，整个行业如果变成很多孤立的小星座，它的开发效率和服务效益将不会很高，提升整个星座网络的价值，需要合力。