今天小編分享的科學經驗：國產商業衞星不卡脖子，卡的是火箭復用，歡迎閲讀。
我國可重復使用試驗航天器，在軌飛行 276 天後，近期成功着陸。
有感于技術突破的同時，也引發人思考：我國衞星互聯網究竟發展到哪一步了？現在又有什麼樣的瓶頸有待突破？
前段時間，CCF C ³走進航天宏圖，以 "星鏈互聯，創新未來——商業衞星互聯網時代的思考" 為主題，邀請了多位專家學者以商業衞星互聯網為基點，與現場近 40 位參會嘉賓共同探讨商業衞星、互聯網賦能、算力網絡等新理論、新方法，分享新進展、新成果。
在不改變原意的基礎之上，量子位做了如下整理：
衞星技術本身不卡脖子，卡脖子的是火箭復用；
太空容下幾萬顆衞星不是問題，要設立規則；
未來每個人都能調用衞星資源，屆時将像互聯網一樣實現應用場景的爆發；
馬斯克批量化能力很強，目前遙感衞星成本在 6、7000 萬左右；
6G 業務将會上天，衞星将變成帶翅膀的 PC。
商業衞星互聯網時代的思考
來自北京郵電大學計算機學院王尚廣教授、360 未來安全研究院衞星安全、太空安全專家郝經利、航天宏圖衞星專家付興科、航天宏圖北鬥專家張龍平以商業衞星互聯網時代的思考為主題進行了探讨。
該論壇由航天宏圖副總裁楊政軍主持。
衞星技術本身不卡脖子，卡的是火箭復用
楊政軍：抛出來第一個問題就是目前國内外發展的這個水平如何？國内目前面臨哪些卡脖子問題？
王尚廣：從整個衞星設計制造能力，我國不屬于卡脖子，也不比國外差。第一顆衞星和第一台計算機出現的時間其實差不多，但衞星發展卻面臨着高門檻、高封閉以及高開銷等挑戰。我國很多衞星領網域企業都實現了國產化替代。
那卡在什麼地方呢？一個是高性能元器件，這是目前通用的挑戰。
具體最卡的地方還是在火箭復用。我們一直想把衞星成本降下來。實際上衞星真的不貴，貴在快遞，即火箭非常貴。所以有時候看到很多團隊一起發衞星 " 拼車 " 共享火箭，才能将火箭成本降下來。
付興科：現在我覺得國内主要面臨三個問題：
第一，前段探索與後端應用沒有形成合力，也就是高校與企業之間沒有形成良好的轉化。
第二，商業不考慮得失、承擔風險是不可能的。像馬斯克前段時間星艦爆炸，可以 " 為下一步積累經驗 "，放在國内就需要平衡得失的問題。當然這兩年觀念也在改變。
第三，核心器件或者關鍵零部件持續的突破瓶頸，比如王教授所説的火箭回收。
張龍平：航天宏圖深度參與了北鬥三号系統工程建設，在這裏簡單介紹下北鬥的一些技術情況。
國家的北鬥團隊奮鬥了 26 年，所以到今天非常自豪，北鬥性能與 GPS 相當，功能還要更全面。甚至國外的星座，比如 GPS、格洛納斯或者伽利略星座，已經在學習我們北鬥的一些技術，比如短報文通信、星間鏈路傳輸等。
未來北鬥定位還需要解決很多技術問題，比如導航衞星地面信号增強、低軌星座增強，實現地面、室内、地下、海洋等特殊環境的協同定位等。
郝經利：馬斯克之所以成功，核心技術在火箭回收，這也是目前卡脖子技術，星鏈反倒是它的副產品，你説它用來融資也好，畢竟最終目标是火星移民。
如果我國火箭回收技術達到可用程度，那衞星發射成本、衞星組網成本等都會大大降低，目前已經有部門在做這件事情，并有了突破。
此外衞星計算也很重要。馬斯克星鏈采用工業級的計算配件，而非宇航級，導致它需要幾乎每周更新軟體和系統來糾錯。這放在國内衞星企業幾乎是不可能實現的。因為衞星要求的是高穩定、長壽命。如果經常更新的話會對服務、衞星穩定性造成很大影響。
太空容下幾萬顆衞星不是問題，要設立規則
楊政軍：順着剛剛郝總提到馬斯克星鏈計劃，對于計劃中 4.2 萬顆衞星，會不會造成嚴重的太空擁堵，從而威脅其他航空器？國際上是如何規範太空資源的濫用？
付興科：容下幾萬顆大衞星不是問題，而是大家要有實際的規矩約束；正如當年北京有幾萬輛車，現在有幾百萬輛車一樣，背後就是交通規則的約束。包括軌道資源、頻率資源，只要遵守規則，我們就可以搞。
但如果 4 萬顆不是問題，10 萬顆一定會是問題，對于中國來説下一輪得站得住。
王尚廣：分兩個方面來説。對外，傳統太空觀測的研究人員将會遇到很大挑戰，以後一眼望去都是衞星。對内，正如剛才所説，不要覺得太空很小。
但太空物件多了之後确實會有很多問題，比如衞星撞擊、太空垃圾。有數據統計，有記錄的 10cm 的太空垃圾大概有 20 萬個，太空其實沒有想象中那麼幹淨。
郝經利：我説下太空資源的問題，雖然剛才説太空很大，但很多衞星都集中在特殊軌道面上，以及衞星數量增加，導致碰撞風險加劇。
從側面反應出太空霸權，馬斯克星鏈衞星很大優勢在于低成本、也不擔心碰撞。近幾年統計顯示，每年太空碰撞預警排名第一就是星鏈。
未來規範管理到來之前，現在還是間接實行着先到先得的策略，當然現在國際上也正在探讨這個問題。
張龍平：如果這 4.2 萬顆衞星僅僅做民用通信肯定沒什麼問題，但要去做其他事情，就會帶來很大風險。目前大家擔心 4.2 萬顆衞星主要在兩方面，一是怕碰撞，二是撞後碎片如何處理。
第一個問題，4.2 萬顆衞星不算多，就像付總所説，只要守規矩就可以避免。
第二個就空間碎片，一個航天器解體或碰撞可能產生數萬個空間碎片。對空間碎片的監控、處理亟需解決。
目前很多衞星互聯網數據在裸奔
楊政軍：從無序到有序需要一定的規範和規則，衞星網絡失控會產生極大的危害，目前國内是否有系統性規範和手段來防範這種風險？
郝經利：我一直在做這方面的研究，目前國内衞星網絡安全有很大的挑戰，很多通信衞星連加密都沒有，換言之是裸奔的狀态，還包括遙感衞星、光學衞星等都是這樣的狀态。
近幾年也開始關注這些風險。未來衞星數據會呈現出大數據化，會有相應措施去保障國家衞星數據得到安全的應用。
付興科：現在衞星整個大的領網域，還都是基于所有人都是合作者的考慮。如果是非合作性質，情況近期就會比較復雜。但下一步就是衞星加密、數據加密肯定都是要做的。現在我們也在考慮通道加密的事情，但由于商業有時采用硬體加密的方式成本太高。
王尚廣：我來補充下之所以有的商業衞星沒有加密，有部分原因是目前加密沒有必要。一是原來衞星少；二是衞星存在三高的問題：高門檻、高開銷以及高封閉，一般人接觸不到，本身其實相當于加密了，基本上原來民用不太考慮這種風險。現在大多了之後，相當于林子大了什麼鳥都有，肯定需要考慮。
未來每個人都能調用衞星資源
楊政軍：未來衞星互聯網如何更好服務于普通用户，對普通消費者而言，他們能感受到什麼樣的變化？
王尚廣：從兩個角度來説，第一，手機直連衞星将很快會實現，估計最快就在今年年底。
第二，衞星對整個行業影響是潛移默化的，與我們衣食住行都有關系，只是分解到個人可能感知不到。但随着衞星數量增加、每個人都可以調用衞星資源時，就與大家關聯很深了。
從互聯網角度來思考，屆時一定會爆發新的大規模應用場景，就像當年 3G 誕生微信、4G 誕生抖音，只不過目前還處于早期的階段。
付興科：我期望衞星應用最終面向大眾一定是無感的。就像大家使用手機，不會關注連了哪個基站。現在的天氣預報、交通導航大家不會關注是那顆衞星做的。
當然也需要一部分專業用户去開拓場景，需要不同行業用户去實踐驗證、集思廣益。接下來還會形成一類企業超級用户，對某些場景感知特别敏感，就像現在一些食品，會關注原產地的氣象條件、土壤條件等。總之我認為這将是個很大產業。
郝經利：随着衞星產業壯大，最終目的還是以服務為主。無論遙感還是通信，其實都是給大眾服務的。
現在服務層面可能還停留在專業用户，但我預計未來一定是面向大眾化的，即每個人都能接觸到、并應用到衞星的數據。就像當年谷歌推出谷歌地球一樣。
比如像遙感，未來一個農民打開手機就可以看到農田農作物的狀态，我覺得是個非常好的場景。
張龍平：我還是從北鬥導航應用跟大家分享一下。目前北鬥已經給老百姓帶來了一些變化，最易被感知到三項服務：時間、位置以及通信。
像農機自動作業、車輛導航、漁船監管、測繪領網域、金融系統裏的授時等，其實都用到了北鬥。
大家關心的手機，目前國内 90% 以上、全球 50% 以上手機都支持了北鬥定位，還有前陣子 " 捅破天 " 技術突破，利用手機實現和北鬥衞星的通信，這都是北鬥大眾應用的體現。
楊政軍：好的，因為時間關系，我想随着業界的共同努力一定能推動產業快速發展，讓普通民眾能享受到我們商業衞星互聯網的便利，這個 Panel 環節就告一段落。
付興科：馬斯克批量化能力很強，目前遙感衞星成本在 6、7000 萬左右
此外，航天宏圖衞星專家付興科從企業的維度分享了「遙感衞星互聯網商業發展考慮」的主題報告。
分享中主要介紹了航天宏圖 " 女娲星座 " 建設布局及公司業務發展，并圍繞 " 女娲星座 " 計劃詳細闡述了建設目标、戰略定位、地面系統以及多領網域應用能力等。
在不改變原意的基礎上，量子位做了如下整理：
一直很期待和計算機協會之間的跨行交流，因為未來各種衞星必須解決大數據、互聯網以及向廣大用户推廣的問題。與各行業深入交流，可以為商業航天的大眾化應用提供新思路。
航天宏圖成立于 2008 年，深耕國家航天遙感領網域，致力于衞星整體設計、運行系統開發以及後期業務化應用。
這幾年公司發展迅速，從不到 10 人到現在的 5000 人團隊，其中 200 多人是博士及以上學位，200 多人為各行業應用專家。特别是在遙感衞星領網域，公司建立了 160 多個分支機構，覆蓋重要地級市；全球已經有 15 個分支機構，以備下一步遙感衞星發展。我們認為，遙感衞星的特點是全球化。
目前國内衞星上中下遊產業布局是比較分散的，需要形成合力。航天宏圖将發力于中遊衞星運營，為產業鏈提供數據和信息服務。
航天產業未來前景廣闊。雖然衞星看起來昂貴，但實際上在應用方面成本很低。與此同時，也存在一些問題，即如何将衞星、無人機的數據與網絡和計算機結合。
我們整體解決思路是是建立數據 + 平台 + 應用的框架，将衞星數據傳輸到雲平台上，在此之上疊加應用，這樣可以降低用户門檻，提高用户數量。
這一思路也正在得到實際驗證——女娲星座。該星座主要有兩大功能。
首先是通導遙一體化。女娲星座以遙感衞星為主體，輔以通訊衞星。通過星間鏈路快速分發衞星數據，實現覆蓋全球服務。通訊、導航和遙感是密不可分的。導航方面，北鬥 10 米左右的定位精度将提升到亞米級，以支持更多的行業應用。
其次是多目标多尺度多要素、全天時全天候全自主的遙感服務。最近發射的宏圖一号 01 組衞星是測繪衞星的一種，本質上是做全球的坐标框架，美國歐洲都有布局。我們目标是一年多實現國產自主，應用效果和信息提取效率都将顯著提高。
女娲星座的初步計劃是包括 100 顆衞星，首期計劃從 2023 年到 2025 年，主要發射低軌高分辨率遙感衞星共計 38 顆，這一規模比美國、芬蘭等地區商業遙感衞星的整體規模還要大。
這背後得益于國内商業衞星的成本，是傳統衞星研制思路的六分之一、七分之一的水平。
馬斯克星鏈的批量化能力很強，但在遙感衞星方面，目前中美等國家都不具備大批量生產能力。造價也較高，大概一顆星在六七千萬左右。因此第一期我們籌備接近 35 億規模。放眼國内，走商業遙感衞星這條路徑的，航天宏圖算走在前列的。
另外從技術先進性來看，女娲星座在分辨率和精度等方面都做到了全國領先。這是如何做到的呢？最簡單的解釋就是四只眼睛同時盯着一個地方，其他衞星最多兩只眼睛盯着同一個地方。
整個女娲星座包含了這樣幾個戰略地位：高分定量遙感、空間導航增強、實時自主運控、以及空間搭載試驗。
此外，未來女娲星座一定會與 AI 算法形結合。宏圖一期發完之後，原始數據估計每天會達到 200T 的範圍，這麼大的數據量靠人工解譯不現實。
能力這塊，下一步是面向全球的遙感數據獲取達到分鍾級，10 分鍾以内即完成。整個全球覆蓋大概在一星期左右時間完成。應用場景方面，可以從傳統的面向國家政府、進一步下沉到一些特殊行業、面向特定區網域環境以及碳排放等。
未來我們有這樣幾個計劃。
第一個就是将遙感衞星應用從原來的定性走到定量，怎麼去利用信息數據去做好服務。我認為不服務實體經濟是沒有出路的。
第二個是打造實時空間鏈路，實現自主經濟可控。
第三個是形成一個空間搭載平台，讓更多航天發燒友只需要在地上提需求，就能在衞星上完成各種事情。
王尚廣：6G 業務将會上天，衞星将變成帶翅膀的 PC
随後，北京郵電大學教授、計算機學院副院長從科研的角度，以天算星座為例介紹了目前國内的衞星計算探索。從研究背景與基本概念、天算星座與目标定位、以及研究實踐與未來工作三方面進行介紹。
今天很榮幸跟大家分享我們在衞星計算探索方面的一些案例。3C（計算、通信和控制）加上一個 N（網絡），這就是衞星計算概念一個基本闡述。我們知道，地上計算蓬勃發展，但天上計算其實任重道遠。
有個案例，衞星數據拿到以後如果傳回地面，黃花菜都涼了。最好的方案就是直接在軌計算識别決策等，然後把結果傳回地面。
但這只是一個側影，衞星計算做的遠遠不止這些。
長遠來看，衞星計算可以提升人類的生活服務質量，比如 6G 的業務将會上天、服務覆蓋更多地面網絡；維護人類健康發展，包括碳中和、應急救援等場景，都需要在軌計算、處理、識别和決策；更進一步地，拓展人類生存空間。未來在外太空發現新資源都有可能。
所以全球都在朝着衞星這個方向在做，目前國内外現狀是，美國以多家齊頭并進之勢一枝獨秀；英國緊随其後，多國仍在奮鬥，中國是後起之秀。
因此我國作為後起之秀，需要不斷實現技術創新。
目前來看，有這些方面的困難。比如網網不同，要實現天地一體化，有協定體制多樣、管理困難等問題。還有像衞星之間系統孤立、互聯互通性差，以及因為數據到地難下達、地面計算多繁雜導致的算算失衡。從 2021 年開始，衞星自己產生的數據已經超過本身傳輸的數據量，因此天上計算壓力還是比較大的。
衞星計算主要分為四種：星上計算、星間計算、星地計算以及站地計算，但分别都有很大的挑戰性。
比如星上計算受到空間、算力、能源以及散熱等限制；星間計算則包括時空連通動态性、高維資源復雜性以及混合業務多樣性等繁雜的難題；星地計算受限于各種各樣的協定；站地計算聚焦于融合難的問題，比如地面站缺乏、測控數據割裂。
但對于科研工作者，地上千仿萬算不如星上一遍的計算。因此學術界提出了很多設想：能不能有個公共實驗平台，讓更多學者在衞星上做些計算。
為此北郵發起了天算星座——空天計算在軌試驗開放開源平台，立足于產學研一起用，最終目的是服務人類社會。
目前天算星座包括 5 星 7 站 3 發起。5 星包括一顆主星、兩顆輔星，兩顆邊緣星；7 個地面站，其中兩個站自建。"3 發起 " 包括發起了天算聯盟、CCF YOCSEF 衞星計算工作組、IEEE Satellite 國際會議。與此同時還有一些合作，比如與華為合作「代碼上太空」競賽。
那麼具體展開了哪些研究實踐？
第一個是全球首個星載 5G 核心網系統，比 NASA 提前近一年實現在軌部署，為未來 6G 在軌業務上線做準備。
第二個是雲原生衞星計算平台，目前在寶醖号、創星雷神号做了些實驗，實現包括目标識别精度提升 50%、衞星回傳數據量減少 90%。
還有北郵一号雲原生衞星，目的是将衞星做成帶翅膀的 PC；腦機控制衞星，在家裏一個簡單的腦機接口通過互聯網直接訪問衞星。這時候可以説衞星已經是觸手可及，并非大家想象那麼遙遠。
在學術上面，主要有星地協同聯邦學習訓練架構、地面站輔助的遙感影像服務框架等進展。
未來工作我們要做一軟一硬。軟，就是衞星作業系統，今年 7-8 月份可以上天了。
今天着重強調的是太空伺服器，其實就是星載高性能計算智能平台。前面提到星上計算受到空間、算力、能耗、散熱等限制，那麼如何做呢？手機 SoC 芯片——将 50 台手機綁在一起做計算，有功耗小、制程高、散熱好，以及異構計算等優勢。
最後總結一下，傳統衞星領網域有" 三高 "：高封閉、高門檻、高開銷；我們整個衞星計算工作組一個訴求是" 三開 "：開放、開源、開心，目的是讓衞星變成帶翅膀的 PC。
