每时每刻,卫星在寂静的深空注视着地球,实时监测地球的动向,传递地球发出的信号。
“卫星把接收到的画面传回地球,然后由地面的数据处理中心对这些画面进行解析,得出我们想要的结论,这就是传统的‘天感地算’。”之江实验室天基计算系统研究中心科研副主任李超介绍说,在“天感地算”的模式下,受带宽限制,卫星数据传输的效率很低,且会有大量的信息损耗,“高延时、高损耗的过程不仅耗费大量资源,在一些紧急情况下,也不利于我们及时拿到数据结果。”
装载在卫星上的星载智能计算机
星载智能计算机的出现,就像为卫星装上了一颗大脑,卫星接收到的数据,直接交给星载智能计算机实时在轨处理。
以智加X2为例,能够实现在轨目标检测、图像智能压缩、云判等功能。“一张4-5G的图像,经过智加X2的处理,在清晰度不变的情况下,大小可以压缩到十分之一,大大节省了传输带宽。”李超进一步介绍道,如果遇到云层遮挡,计算机会自动判别并选择不拍照,也可以在拍摄到的图片中自动筛除有云层遮挡的照片,真正实现“天感天算”。
智加X2概念图
更加值得一提的是,本次发射的智加X2,只有巴掌大小,却拥有每秒32万亿次的算力。相比智加X1,功耗降低了50%,重量降低了30%。“成本效益是空间技术的关键因素,功耗和重量的降低,将大大降低卫星成本。”李超表示。
之江实验室天基计算系统研究中心的目标,是打造一个太空计算系统。用李超的话说,现有的技术下,每一颗卫星就像一个风筝,与地球“单线”联系,而每颗卫星与地面基站通信的时间是相当有限的。
实验室设计的太空计算系统中,每一颗卫星都能通过高速激光通信机与其他卫星相连,实现数据的实时互通传输,并经由计算载荷完成在轨处理后,第一时间传回地球,把天地间信息传输的效率由小时级缩短至分钟级。
太空计算系统首发星座任务已进入倒计时。“最大的挑战是可靠性问题。”李超解释说,把算力送上天会遇到各种问题,比如,空间粒子辐射环境会诱发器件的单粒子效应,造成敏感器件的翻转,并最终导致系统的崩溃。为保障软硬件的在轨可靠性设计,团队成员加班加点攻关,熬夜通宵也是家常便饭,最终研发出了多层次软件自恢复技术,抗翻转、抗闩锁技术等,以保证星载智能计算机实现长期可靠的在轨服务。
李超与团队成员
六个月时间,完成星载智能计算机的迭代升级并实现产品交付,这在传统的科研模式下几乎是不可能完成的任务,对之江实验室来说,也是一次科研体制机制创新的生动实践。