“天智一号”示意图

在这一系统的概念图中，一个虚拟的“天脑”高悬于地球上方，被称为“高性能计算单元”，它在接受地球的上传指令的同时，通过综合计算“眼”（遥感、导航卫星等）、“耳”（通信卫星等）捕获的信息进行智能分析，将分析结果下传到地球用户。

“空中飞艇或飞机捕捉到的地球表面空间信息也可以加入进来。”在李德仁的构想中，该系统能够处理星地协同数据，进行跨越天际的大数据挖掘、计算和判断，而且能够实现不超过分钟级别延时的实时“智能”。

星上识别，比地面数据辨识更难

“我们此前负责过一个关于灾害应急的科研项目，要求我们对无人机接收的图像进行实时自动变化检测，在灾害发生后确定灾害中心、灾害强度、损毁情况等为救灾和灾后重建提供重要依据。”李德仁说，该项目的应急响应时间从小时级缩短到了分钟级，为灾后“黄金救援”争取到宝贵时间，这种自动检测技术完全可以用在卫星上。

人眼捕捉图像，人脑辨识变化，这个任务完成迅速，但让人工智能了解人类的知识和判断非常困难，尤其在弱人工智能阶段。地球上的AI，经常被专家学者比喻成一个孩子，人类手把手教它成千上万次，直到它们能得出与人类认知相似的结论。在图像、声音辨识方面，当下的AI技术发展迅速，尤其在图像辨识方面，特定的识别领域已经做到了低于1%的误识率。

但星上识别要远难于地面的数据辨识和分析。

为此，我国学者进行了大量的有益尝试，例如通过高分卫星获得图像，直接输入“立交桥”等字样可以实现实时定位与成像。“在技术上，这涉及星上高精度实时几何定位方法、星上数据的智能压缩方法、变化检测及建模等关键问题。”李德仁说。

与地球上的AI一样，星上AI同样面临数据基础的获取问题，目前的星上数据无法共享共用，通信、导航、遥感卫星各成体系。“部门协同可能是最难解决的问题。”总参通讯部原副部长杨千里说得直接，卫星的单一功能，更多地是因为部门条块之间分割很明显。此外还由于不同任务的卫星应用着不同的硬件。杨小牛介绍，不同频段的天线用于不同功能的卫星上，例如导航和电子侦察对抗的卫星使用的天线并不相同。此外，空天环境的高辐射、离子风暴、温度剧烈变化等外在环境也对系统的稳定性提出了高难度的挑战。

“天脑”雏形，迈出智能卫星演化第一步

“以前的相机，为了防止边缘曲面变形，镜头越大越好。现在手机上的相机镜头很小，但也能拍摄宽幅的画面。因为软件的进步弥补了硬件的不足。”中国科学院院士、中国科学院软件研究所研究员林惠民说，软件定义卫星就是通过软件“最大化”，实现硬件“最小化”，既能够降低卫星的研发成本、也能缩短研发周期。

将于今年下半年发射的“天智一号”就是一颗这样的卫星。“我们建立了一个开放平台，鼓励各个企业、单位为它研制适配的应用。”赵军锁介绍，这是一颗可以不断更新软件的卫星，与其他卫星不同，这颗卫星真的设有“航天应用商店”，人们还可以通过手机访问它，给它下任务，并在手机上查看执行结果。

“天智一号”由中科院软件所牵头、中科院微小卫星创新研究院承担研制和测试工作，主要载荷包括能耗低、计算能力强的小型云计算平台，一台超分相机和4部国产智能手机。太空中的严酷环境中，云平台需要智能调配计算节点，响应地面的需求，对相机和手机采集到的数据进行计算分析，并传输到地面的测控站点或应用端。

为了丰富充实这颗卫星，中科院软件所2017年主办了“软件定义卫星软件创新设计大赛”，尝试通过比赛引来创新应用，胜出的软件将登上“天智一号”，在真正的太空获得检验。一款简化卫星运维系统，降低卫星应用成本的应用胜出。“在太空中，冗余和繁琐的程度非常有限，这款软件能够提升卫星自动化运控能力。”获奖代表廖翔表示。

此外，漂浮物等目标识别软件、3维重构软件等也将上星。软件的应用有效降低了卫星的物理载荷，并使得“天智一号”有望成为一颗智能卫星。“通过软件或是在地面训练好的神经网络模型，在轨实时执行一些智能任务，例如智能目标检测识别、智能云判读、基于强化学习的智能姿态控制等。”赵军锁说，这是全新的尝试，虽然距离成熟的“天脑”还差得远，但它是通过商业化的模式，推动传统卫星向智能卫星演化迈出第一步。

（本文来源：科技日报）