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今年5月，国星宇航在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将太空计算星座021任务12颗卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，标志着全球首个太空计算卫星星座成功发射。据介绍，国星宇航自研的智能网联卫星平台，除配套了国星宇航自研的AI载荷外，还搭载了之江实验室研制的星载智能计算机等太空计算软硬件和天基模型，实现了“算力上天、在轨组网、模型上天”，可执行异轨卫星激光接入、天文科学观测等在轨任务。每颗卫星均具有星载智算系统、星间通信系统，能够实现整轨卫星互联，具备太空在轨计算能力。建成后，将助力我国在全球率先建成太空计算基础设施，突破人工智能领域边界从地面迈向太空。
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/ i. H/ U9 H, W; y4 ?( t; Z8 ^, ]初看到新闻，没想明白为什么要有这么个计算卫星星座。仔细想想，很有道理。9 i W3 U/ y1 G& s
$ H1 H) _& \/ r* k: G- P1 b低轨道卫星星座在经济和军事上都有巨大应用前景。星链之类的“两头在地”用不着计算卫星这样的奇技淫巧，但民用大地观测或者军用，计算卫星就非常有用了。卫星空间观测的好处不言而喻，但数据量也是真大。过去需要一大帮专家，拿着放大镜，一寸一寸地在实体照片上大海捞针一样寻找蛛丝马迹。过去照片是卫星上用胶片成像，然后再装入小舱里投放再入，在空中用降落伞减速、直升机回收。麻烦得很，间隙很长，谈不上实时性。后来改用数码成像，数据链下传，便利和实时性高多了。8 e: _ |- `! p
4 @" Q; P9 z: P o! N7 s$ @但用计算机判读还是更后来的事。问题是，计算机处理能力越大，数据下传量越大，通信瓶颈越严重。观测/侦察卫星在低轨道运行，要么需要等过顶地面站的时候下传，要么需要空间中继卫星。但观测星座的卫星数量越来越多，分辨率越来越高，要求越来越复杂，数据量和数据处理要求爆炸性增加，星地数据传输的瓶颈问题越来越大。比如说，预警卫星可以做到准凝视观察，通过“动目标检测”捕捉一切运动物体，也就是说，比较前后两幅图像，想通的就是固定物，不相同的就是移动物。当然可以通过滤波门限排除明显不是目标的东西，比如速度、高度、大小不符合目标要求的鸟群、动物群等。全球准凝视监视不光近实时掌控全球空海地态势，还和通过持续跟踪抓住隐身目标。但这个体系的数据量和处理要求惊人。- F4 r5 r0 f/ C/ j( e5 }% S9 ~
0 z6 s5 ~$ l; ]7 T/ D! |& C" v无线电有频率和大气窗口的问题，也受天气影响较大。在战时，地面站也是首选目标。星地通信更是干扰的首选目标。- @% i6 {. h- {/ T2 D& }
1 q( l7 M4 Q& {" f2 p7 }8 t把算力搬到轨道上，这些问题就解决了。
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计算卫星有异轨卫星激光接入能力。在轨道上，卫星之间容易保持视距内接触，激光通信的定向性、保密性、抗干扰性和数据率大大优于高频无线电，没有天气影响，生存力也高于地面站，反卫星毕竟比打固定的地面站要费事得多。% E2 {( z4 P7 P. b2 t/ v
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计算卫星还有直接利用空间太阳能发电的能源优势，和空间寒冷的散热优势，有利于大容量算力。* K( i- q1 J6 k+ ^; z- F3 S E7 X4 K
( h/ m$ ~& B5 P% @太空计算星座021任务是国星宇航发起的“星算”计划首发星座，也是之江实验室“三体计算星座”的首发星座。“星算计划”将由2800颗算力卫星组网，旨在建设覆盖全球的天地一体化算力网络，助力我国在全球率先建成太空智算基础设施。星座组网后将形成全球最强的太空计算能力。( K8 N1 K! [* S4 G4 Q( E2 l5 H
/ _8 ]. z9 A# n) L+ t把算力贴近信息源，将处理后的信息提取特征后传给用户，大大减少数据量，也减少处理时间的滞后，这是趋势。直接将信息获取与处理相结合最好，信息就地处理，只将提取出来的特征数据下传，通信压力极大降低。如果实施预警卫星星座，这是刚需技术，不可能靠数据下传。预警机还只有少量几架在空中游荡，靠数据下传和地面站处理还有可能。预警卫星星座就是几百颗在轨道上运作，数据下传和地面站就是不可承受之重了，只有星上处理，直接提取威胁或者目标数据下传，而不是把原始数据直接下传。. P {9 t' m& O" Y
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这么说也有点绝对，很可能是原始数据还是会定期打包下传，但只是供地面站对星上模型进行校核之用。! H! [$ t4 e6 l* C8 e4 W
7 S1 X) e9 n2 o8 k5 d做不到星上就地处理的话，在轨道上就近处理就是退而求其次。说起来，这里还是有一个数据传送问题，只是星间传送还是星地传送的问题。星间通信可以用数据率高的激光，几乎无干扰，一气呵成；星地通信用无线电，激光也有大气干扰的问题，数据率加校错就需要更长的时间，还是有差别的。
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中国已经在着手打造轨道算力了，这是为大规模铺开低轨道星座进行基础建设。难怪西方着急。 |
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