近期，美国航空航天制造商洛克希德·马丁公司将向LEO（近地）轨道发射大量立方星。这些卫星将进行编队，组成“天基云计算平台”，任务期间，平台将从地面接收软件更新指令，从而更改相应的功能。若试验成功，则意味着洛克希德·马丁公司踏入了软件定义卫星的时代。洛克希德·马丁公司称自己的新技术项目为SmartSat。即将进行的实验会结合公司的两种新技术“SpaceCloud”和“HiveStar”，其中，后者负责控制卫星的整体动作。洛克希德·马丁公司SmartSat程序经理说，SmartSat本质上是一个操作系统，或者说是一个操作环境，就像用于卫星的iOS，程序员们可以根据卫星的任务要求上传所需的任何应用程序。将来，这一系统可以在洛克希德·马丁公司的全品类航天器上运行，包括最小的立方星和最大的GEO卫星。“卫星会变得像一部智能手机，其他都靠应用程序支撑，人们可以像在智能手机上一样启动和停止这些应用程序。”01软件定义打开市场：卫星客户对灵活性的需求日趋增长多年来，运营商一直希望在轨卫星具有相对的灵活性和重新配置内部程序的能力。特别是对于具有15年及以上使用寿命的GEO轨道卫星运营商而言，航天器能够适应动态市场的能力至关重要。这类能力包括将卫星从一个位置移到另一个位置，甚至将其功能从电视广播切换到互联网连接等等，这些都是传统的硬件定义卫星无法实现的。“运营商们再也没有长达15年的稳定生意了。”在今年9月初的巴黎世界卫星商业周上，欧洲空客公司的太空系统负责人说，“现在一般签5年，因为客户想要能够调整功能且价格便宜的卫星。”早些时候，空客公司推出了完全可重新配置的软件定义GEO平台OneSat，并以此赢得了与国际海事卫星组织Inmarsat商业公司的合同：为伦敦运营商的下一代GlobalXpressFlex系统制造三颗卫星GX7、GX8、GX9，这三颗Ka波段卫星将于年之后发射，它们具有机载处理系统和有源天线，能够调整其覆盖范围、容量和频率。空客公司表示，空中客车高度创新的OneSat基于一个标准化、模块化的方式设计生产，与现有通讯卫星相比可更快地交付。目前软件定义卫星的生意颇受青睐，除空客公司外，世界上最大的飞机制造商之一波音公司、法国军工集团泰雷兹下属的阿莱尼亚宇航公司等航空航天企业都有涉足。波音公司的X系列软件定义卫星包括一个1,千克（kg）的GEO产品以及一个较小的中地球轨道（MEO）平台。波音公司表示，X可以在三年内交付给客户，并将允许运营商将通信容量分配给各种终端用户。泰雷兹阿莱尼亚宇航公司推出了其名为SpaceInspired的（用于即时空间在轨重新配置）卫星产品线，该产品线将实现任务和服务的重新配置，针对客户需求进行即时在轨调整，或实现从视频广播到宽带连接服务的过渡。泰雷兹集团表示，由于批量生产，全电动卫星的成本将降低。“以往我们都是一颗一颗的制造卫星，就像做工艺品，所以成本很高。”阿莱尼亚宇航公司战略与电信解决方案负责人说，“软件定义方法的好处之一，是可以在模块级别或整个卫星级别对产品进行标准化制作，而规格和应用方面则通过软件添加。由此，我们的生产成本将会降低，同时客户也将受益。”02GEO、MEO及LEO：谁是软件定义的优先获益者？在GEO、MEO及LEO三种轨道中，GEO卫星通常寿命最长，价位也最高，这使它们在面对市场动荡时处于不利地位。相比于老牌的GEO卫星，制造商和运营商们已经开始为LEO和MEO星座引入部分软件定义的卫星了。LEOMEO新技术“尝鲜”正当时今年2月，下一代铱星星座完成部署，这个LEO星座由泰雷兹阿莱尼亚宇航公司制造的75颗卫星构成。下一代铱星星座属于窄带星座，它被誉为世界上最复杂的电信系统，为全球的偏远地区用户提供语音和数据服务。阿莱尼亚宇航公司认为“下一代铱星卫星的处理器带有可重新编辑软件。技术人员可以通过升级软件，来提供旧卫星无法提供的先进服务。”其负责人还补充到，相比于宽带GEO卫星，软件定义的方法在窄带卫星中（例如铱星星座的那些卫星）更易于实现，因为“带宽越大，处理的吞吐量就越大，挑战就越大”。卢森堡的卫星运营商SES作为软件定义技术的最早拥护者，即将推出名为“O3bmPOWER”的MEO星座，旨在增强现有互联网接入服务，它将基于部分软件定义的方法，这将在带宽分配方面提供前所未有的灵活性。SESNetworks技术执行副总裁说：“O3bmPOWER不是严格意义上的软件定义，只是具有可定义的功能。完全由软件定义的方法在现阶段效率很低。”他认为，尽管O3bmPOWER星座不是完全的软件定义，但对现有宽带接入业务的意义是巨大的。按照惯例，客户只能选择固定的带宽，这种固定带宽往往高于实际需求，这意味带宽资源的浪费。而新的方法一方面使卫星运营商们灵活调整带宽，并使用多的资源服务于更多客户；另一方面，客户将只为自己实际使用的带宽量付费，节约了支出。软件定义的无线电为GEO覆盖注入活力目前，传统GEO轨道卫星面临的市场不确定性最大，但总部位于旧金山的初创公司Astranis希望在其卫星上使用软件定义的无线电设备，从而在制造过程中实现规模经济，显着降低成本。“每颗卫星在本质上都与其他卫星相同，”Astranis的CEO提到，“卫星的有效载荷可以在生产过程的后期进行配置，甚至可以在已经进入轨道的情况下进行配置。”传统的GEO卫星上使用的模拟中继器极大限制了有效载荷的作用，但软件定义的无线电启用数字信号处理，使操作员可以根据客户的实际需求调整频率，覆盖范围和带宽。该公司CEO说：“随着行业标准的发展，我们甚至可以调整卫星所支持的波形，当客户要使用新波段时，就能及时更改应用。”Astranis公司认为减少资产更新时间、缩短GEO卫星使用寿命，并使用软件定义技术补充现有的GEO市场覆盖范围，GEO轨道卫星是能够适应市场快速变化的。03技术成熟推动软件定义卫星释放潜力软件定义卫星的尝试者越来越多，更高的技术要求随之浮现。阿莱尼亚宇航公司确信“信号放大是这些软件定义卫星的瓶颈之一。”因为软件无法放大信号，并且软件定义卫星上的有源天线中使用的固态功率放大器的效率仍然低于传统技术，如果要拥有高效的软件定义卫星，则需要考虑整个软件平台与卫星有效负载的适配度，只有解决了这一问题，软件定义卫星的性能才会更上一层。洛克希德·马丁公司对其他释放软件定义卫星潜力的新技术满怀希望。洛克希德·马丁公司强调了硬件的重要性：“将地面计算机中的多核处理器应用于太空，是提高星上软件运行效率的新尝试，这些处理器具有耐辐射性和抗辐射性，很适合在太空中工作。”不仅仅是运行效率，硬件的不断升级对于卫星从软件定义走向AI智能也至关重要——“地面AI机器学习中所使用的GPU（视觉处理器）也可以添加到卫星上，类似的功能或许会给太空带来全新机遇。”04智能地面系统配合软件定义卫星实现全面自动化阿莱尼亚宇航公司还表示，创新将不止于卫星。该公司正在开发智能地面基础设施，从而能够自动与太空中的数字资产进行对接，并管理有效数字载荷。SES公司正朝着同样的方向发展，并且近期宣布与Kythera空间方案提供商合作，开发了一种称为ARC（自适应资源控制）的软件系统，该系统可以动态同步空间和地面资产。无论是SES公司还是阿莱尼亚宇航公司，它们的发展计划都意味着业内玩家期望整个生态系统实现更高的自动化程度。就如同十年前，没人会知道地面云计算使得许多革命性应用成为可能，那么十年后，新兴太空技术将发展到何种地步，又有谁能猜得准？
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