天基智能计算的发展思考

航天产业的飞速发展和星上应用的不断增加对天基平台智能化水平提出更高的要求,天基智能计算整合了人工智能、边缘计算等技术,大幅度提高了卫星算力,为国防安全和经济发展注入了新动力。文章分析了天基智能计算的重要应用,并在梳理国内外技术的发展现状与特点后,归纳总结现阶段面临的挑战和需要关注的关键技术。在此基础上展望未来的发展趋势,提出了“构建灵活抗辐射的硬件架构,构建标准化、智能化的开发平台,构建云边协同的一体化网络”三个发展方向。为该领域的未来研究和实际应用提供参考。     

天基综合信息网络的发展

一、概述1.天基综合信息网络的提出背景随着航天系统种类的不断增加,产品品种和各系统功能的日臻完善,卫星系统之间自成体系、条块分割的局面也逐渐形成。这是由于空间技术发展的历史过程和各种应用卫星的特殊性造成的。目前各空间系统获取的信息数量急剧增加,而不同系统之间的     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

卫星互联网时代的卫星中继与计算标准体系：演进、构建与展望

卫星互联网作为全球信息互联互通的核心新型基础设施,其规模化组网与跨产业融合亟需适配的卫星中继与计算标准体系支撑。本文梳理卫星通信从技术奠基到低轨卫星互联网爆发的四阶段演进脉络,剖析各阶段中继与计算技术的核心特征及标准化进展;明确卫星互联网“空间-地面-用户”三段协同架构以及卫星中继、卫星计算的内涵,揭示三者深度融合逻辑。针对现有标准在体系性、覆盖范围、协同性及前瞻性上的短板,构建“技术-服务-应用-管理-安全”“五位一体”标准化体系框架,提出国际协同与自主创新双轮驱动等实施导向,支撑异构星座组网、星上智能处理等技术落地,为卫星互联网行业规范化发展提供理论指引与实践路径。     

天基激光对GEO卫星的毁伤效能分析与启示

为分析天基高能激光对地球同步轨道（geosynchronous orbit, GEO）卫星的威胁,为高价值GEO卫星的防护设计提供参考,根据机动战术激光武器的技术发展情况,采用理论分析和数值计算的方法对天基高能激光的毁伤效能进行了评估。结果表明,10 kW级天基战术激光武器对卫星造成硬毁伤的距离可达50 km以上,卫星的易损部件依次为星表热控材料、太阳电池阵、碳纤维复合材料结构件和光学敏感器。根据分析结果得出的启示有：1）天基激光武器对GEO卫星的威胁是现实的;2）卫星激光防护应围绕薄弱环节开展以获取最佳效费比;3）应从单机、分系统、系统层面综合采取措施以提高系统鲁棒性;4）应采取主被动防护相结合的方式提高综合防护效能。     

国外卫星搭载有效载荷发展综述

分析了搭载有效载荷的概念,给出了宿主卫星平台与搭载有效载荷的接口关系,阐述了搭载有效载荷在降低航天成本、分散任务风险及实现快速发射等方面的优点和挑战;调研了近年来国外搭载有效载荷在遥感成像、卫星通信、定位导航、导弹预警等领域的发展现状,梳理了几个代表性的搭载有效载荷项目的发展背景、系统组成、技术指标,如商业搭载红外有效载荷、广域增强系统、专用超高频通信有效载荷、天基杀伤评估系统;分析了搭载有效载荷在天基侦察、预警探测卫星通信系统、高轨空间态势感知等领域的应用前景,提出了制定平台与载荷标准化接口、建立合理有效载荷价格模型等建议。     

北斗卫星导航系统的发展与思考

从世界卫星导航发展史出发,评述了中国北斗卫星导航系统从中获得的有益启示,阐明     

基于移动式网络的LEO卫星星座通信网络研究

为飞机等交通工具内的用户提供基于卫星的不间断IP连接，并在卫星星座网络内实现IP路由选择功能，是未来LEO卫星星座通信网络需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座通信网络体系结构，实现了卫星星座通信网络中的IP路由选择功能，并降低了对地面网路的依赖，实现了对用户段网络随时随地的连接支持。在对卫星星座通信网络中的星地切换模式进行分析的基础上，提出了一种基于虚拟移动路由器的快速星地切换和认证方法。通过NS2仿真试验，给出了新型LEO卫星星座通信网络的传输延迟特性以及快速切换方法的仿真试验结果。仿真试验表明，提出的网络结构是满足未来卫星星座发展需求的，星地间的切换是低时延的。     

微小卫星发展的若干思考

微小卫星具有功能密度高、技术发展快、研制周期短、开发成本低、部署应用灵活等特点。新技术的发展、商业资本的不断投入、发射模式的多样化等因素,使微小卫星在近年来得到快速发展。微小卫星的应用模式发展多样化,技术不断创新且受互联网思维影响,将在通信、遥感、导航、深空探测和科学技术试验领域具有巨大的应用潜力。我国在发展微小卫星时应同时关注技术发展和政策机制,把握前沿技术和创新模式,考虑大规模运行可能带来的问题,并从政策机制上做好统筹规划,以推动微小卫星技术创新发展。     

6G与天基云计算的深度融合：研究进展与发展趋势

随着第六代移动通信技术（6th Generation Networks, 6G）向天地一体化方向演进,传统“天数地算”模式面临星地传输瓶颈、处理时效不足等严峻挑战。本文系统探讨6G与天基云计算深度融合的研究进展与发展趋势,旨在满足下一代网络对全域覆盖、实时响应、算力泛在与内生智能等方面的核心需求,并分析其引发的“天数天算”、“天地同算”等新型计算范式变革。本文首先阐述了6G与天基云计算融合发展的背景与意义,并梳理了国内外发展现状。在此基础上,剖析了技术研究面临的核心挑战,并提出了天基智能计算平台、天地一体网络架构、空间光通信及天地协同资源调度等关键技术体系。最后,总结了6G与天基云计算的深度融合将是构建未来智能信息基础设施的重要趋势之一,具有广阔的应用前景。我国应把握战略机遇,强化技术攻关和标准引领,为全球6G发展贡献力量。     

天基边缘计算系统设计及关键技术

卫星具有覆盖范围广、抗灾害性强等特点,随着卫星研制与发射成本的不断降低,推动卫星与地面移动通信网络、物联网(IoT)、云计算中心深度融合,构建天地一体化网络和应用架构,已成为航天发展的重要方向。随着地面多用户、大数据量的接入,亟须开展卫星在轨数据处理技术相关研究,提升卫星的在轨服务能力和质量。本文提出了对卫星计算资源进行整合,构建天基边缘计算系统,并提出了天基边缘计算的3种资源管理策略和4种平台部署协同模式。此外,对天基边缘计算的优势和还需解决的关键技术进行了分析,并搭建了天基边缘计算原型系统,对不同计算卸载策略性能进行了分析。     

天基计算技术发展与应用展望

天基计算作为新兴技术,旨在通过星上数据处理与智能决策,突破传统地面依赖,实现空间信息的高效应用。本文系统梳理了天基计算的国内外技术发展现状,指出美国在规模化应用方面已取得显著进展,如“黑杰克”项目、“元星座”系统等,而我国正处于单星智能计算向多星协同过渡阶段,如“三体计算星座”计划。文章提出天基计算技术发展的“三步走”战略:单星智能计算、多星任务协同和天基算力组网,分析了当前面临的5大挑战,包括算力不足、智能决策能力有限等,梳理了天基计算技术的发展现状及创新需求。此外,本文探讨了天基计算产业链的构成及其在应急救灾、气象预报等领域的应用前景与增量优势。最后,建议通过技术创新和示范应用双轮驱动,推动天基计算技术发展,抢占太空科技制高点,服务国家战略需求。     

从天基战略侦察向天基战术侦察的发展

在简述天基情报侦察发展历史的基础上,较为详细地分析了战术天基情报侦察的基本要求,并在此基础上给出了战术天基情报侦察的体系结构。最后列举了美国的\"战术卫星-3\"系统,用以说明战术天基情报侦察的发展趋势。     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势.针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法.分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综...     

星地协同网络中的边缘计算技术综述

6G移动通信系统对延迟和网络响应能力提出了更高的要求,而边缘计算技术可降低延迟提高响应能力,并减少用户和集中式云计算资源之间的数据流量。星地协同是未来6G通信网络的发展趋势,在星地协同网络中应用边缘计算技术是重要研究方向之一。在梳理星地协同网络中的边缘计算技术研究现状的基础上,首先提出了融合移动边缘计算技术的星地协同网络的系统架构、对应用场景和逻辑功能架构等进行了总结,其次对计算卸载技术方案进行汇总和分类对比,最后归纳了未来研究将面对的技术挑战。     

我国天基综合信息网构想

阐述了天基综合信息网的定义、组成和特征;介绍了美国和欧洲天基综合信息网的研究情况;提出了我国天基综合信息网的体系架构,其中包含通信卫星、导航卫星、遥感卫星、载人飞船等航天器和临近空间各种飞行器,以及地面系统。分析了该网络的特点和可用的网络协议结构;探讨了该网络的组网结构、网络协议、服务质量(QoS)路由、网络管理、网络安全防护、激光通信和星载处理交换等多项关键技术。依据国情,提出了我国天基综合信息网构想。此构想采用双层(地球静止轨道和低地球轨道)通信卫星星座和导航卫星星座,实现全球全时覆盖空间层航天器、临近空间层飞行器和地面层各种用户终端,通过星间链路、星地链路和地面线路组成一个空天地一体化的全球信息网络。在国外不设地球站的情况下,该网络可实现:国内测控站测控我国全球运行的卫星;国内遥感站实时接收我国全球遥感卫星发送的信息;国内关口站管理我国授权的全球用户站之间的互通信息。最后,提出了开展我国天基综合信息网的可行性研究建议。     

天基为主的空间站测控通信模式

空间站时代为测控(TT&C)通信系统带来保障时间更长、覆盖要求更高、数据传输能力更强、航天员在轨工作生活体验更好等新的挑战,结合中继卫星系统(TDRSS)、卫星导航系统等天基测控通信手段的能力特点,提出以天基手段为主的解决方案,采用多星多舱段接力模式,将航天员出舱等重大活动的测控通信覆盖率提升至接近100%,采用多星多目标工作模式,较好地保障各种交会对接模式,综合利用中继卫星S频段多址(SMA)链路连续业务、短报文业务和北斗短报文业务常态化保障空间站安全运行,应用天地一体网络化技术,为航天员在轨上网、天地通信和载荷实验数据传输提供优质服务。     

基于天基边缘计算的在轨智能技术

针对低轨互联网星座的发展以及天基应用不断拓展对计算能力的需求,开展基于天基边缘计算的在轨智能技术研究,这对提升星地带宽利用率和实时决策效率具有重要意义.提出了以低轨卫星为核心的天基边缘计算架构,在此基础上,进一步提出了一种基于深度模仿学习的智能计算卸载模型,以及该模型的在轨分布式联邦学习训练方案.基于空天地海一体化网络...     

空间目标天基协同感知技术与展望

人类持续的航天活动使得地球空间的人造航天器及非合作物体数量日益增加,太空安全保障与环境治理逐渐成为空间活动可持续发展的重要课题。空间目标的感知与测量是开展空间环境治理的前提条件。以航天器为平台进行全天目标远距离观测与编目、重点目标的抵近观测与成像是天基目标感知的重要方式。天基协同感知旨在通过多天基平台、多传感器联合感知的方式获取空间目标有价值的属性信息,在碎片和失效航天器预警、在轨卫星状态评估、在轨服务的测量与识别等方面发挥着重要作用。本文综述了近年来天基感知技术的发展情况,分析了空间目标天基协同感知中的关键技术,并对该技术未来发展方向进行展望。     

充气式天基太阳能电站方案构想

为了解决现有天基太阳能电站面临的技术难度和成本问题,尽早使其实用化,文章提出了一种新型充气式球形天基太阳能电站概念。概述了新型电站的工作原理、系统构成及功能,重点分析了通过采用球形柔性薄膜太阳能电池和空间充气展开结构材料技术,新型电站无须对日定向,能高效折叠存储升空和大大降低发电模块质量。文章还对新型电站总体设计、折叠展开、在轨刚化、高精度姿态控制及大功率电量存储和传输等关键技术进行了简要论述,可为未来天基太阳能电站的技术发展提供参考。