天上的衛(wèi)星越來越多,但它們中的大多數(shù)居然“有眼睛沒腦子”,遇到太陽風暴只能等死,連躲都不會躲。SpaceX的星鏈衛(wèi)星墜毀率高達12.7%,2022年一次發(fā)射49顆,40顆直接被太陽風暴燒沒了,這背后的問題到底出在哪?
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6月5日,中國科學院院士、哈爾濱工業(yè)大學(深圳)空天科技學院院長魏奉思在深圳的一場演講里點破了關(guān)鍵:衛(wèi)星數(shù)量的增長速度,已經(jīng)遠遠超過了管理能力的提升速度。現(xiàn)在的衛(wèi)星大多是“傳話筒”:在軌觀測到數(shù)據(jù),先傳回地面,地面處理研判后再發(fā)指令回去執(zhí)行。等這一套流程走完,太空環(huán)境早變了,黃花菜都涼了。
為了改變這種“有眼無腦”的現(xiàn)狀,魏奉思早在2016年就向中科院提出了“數(shù)字空間”的戰(zhàn)略構(gòu)想,核心就是給衛(wèi)星裝上“大腦”,讓它們能在軌自主完成從環(huán)境監(jiān)測到?jīng)Q策執(zhí)行的全過程,不用再依賴地面指揮的慢半拍。
SpaceX的星鏈是全球最大的低軌衛(wèi)星星座,截至2026年一季度末,已經(jīng)在164個國家和地區(qū)擁有約1030萬訂閱用戶。但規(guī)模越大,風險越明顯。魏奉思在演講里提到,星鏈的整體墜毀率已經(jīng)達到12.7%,最典型的就是2022年那次太陽風暴事件:49顆衛(wèi)星發(fā)射上去,高層大氣密度突然飆升,軌道加速衰減,40顆直接墜入大氣層燒毀,幾乎全軍覆沒。
低軌衛(wèi)星運行在350公里到1000多公里的太空,這里的大氣密度、電離層狀態(tài)、地磁場強度時刻在變,太陽風暴一來,這些參數(shù)幾分鐘內(nèi)就會劇烈波動。衛(wèi)星軌道會衰減,通信頻率要調(diào)整,導航定位精度會大幅偏移。如果衛(wèi)星自己不會感知和應對,只能靠地面遠程操控,反應速度根本跟不上環(huán)境變化。
對中國來說,這個問題同樣緊迫。2026年1月到5月,中國共進行了34次航天發(fā)射,其中3次失敗。魏奉思舉了兩個例子:一次航天器對接時,太陽活動導致軌道突然偏移100米,直接導致對接失敗,得重新繞行多圈才能再試;還有一次測試,兩個實際相距37公里的地面接收點,因為電離層變化,導航定位上幾乎變成同一個位置,誤差高達30多公里。
更貼近生活的是,在深圳,很多人開車時遇到過車載導航亂指方向,或者在某個區(qū)域繞半小時都出不來。魏奉思說,這背后的原因之一,就是空間環(huán)境變化導致的導航信號偏移。這些看似小問題,其實都是衛(wèi)星“沒腦子”帶來的連鎖反應。
魏奉思直言,中國航天幾十年來在硬件上走得很快,衛(wèi)星和火箭的成就全球矚目,但數(shù)字化、智能化的“軟能力”卻沒同步跟上。航天效益目前是制約中國航天發(fā)展的短板之一,投入產(chǎn)出比和國際先進水平還有明顯差距。
他在多次國家級航天規(guī)劃研討中發(fā)現(xiàn),空間數(shù)字化、智能化方向的技術(shù)路線往往著墨不多。比如此前一份航天強國建設(shè)的國家級規(guī)劃報告里,對數(shù)字化和智能化的闡述只有一小段,缺少清晰的技術(shù)路線和系統(tǒng)性部署。魏奉思認為,未來十年航天發(fā)展的主旋律應該是空間的數(shù)字化和智能化,但這個認識在不少部門還沒完全形成。
大航天時代的核心挑戰(zhàn)被他概括為“六高”:高動態(tài)時變、高時效應對、高精度控制、高分辨識別、高覆蓋時空、高數(shù)智應用。數(shù)以萬計的衛(wèi)星擠在狹窄的低軌空間里,如果沒有數(shù)字化、智能化能力支撐,安全管控和高效運營根本沒法實現(xiàn)。
俄烏沖突也給了我們參照:衛(wèi)星承擔了大量偵察任務,但數(shù)據(jù)傳回地面處理再回傳的周期太長,從發(fā)現(xiàn)目標到打擊之間缺少快速閉環(huán),很多可以利用的窗口就在等待指令時錯過了。這就是“沒腦子”衛(wèi)星的致命弱點,反應太慢。
為了解決這個問題,魏奉思團隊在2019年正式啟動了“衛(wèi)星大腦”的研制。這套系統(tǒng)由感知、認知、行為三套子系統(tǒng)組成:感知系統(tǒng)實時監(jiān)測空間環(huán)境和衛(wèi)星自身狀態(tài);認知系統(tǒng)基于空間物理規(guī)律,判斷環(huán)境變化對軌道、通信、導航的具體影響;行為系統(tǒng)則根據(jù)認知結(jié)果,自主執(zhí)行軌道調(diào)整、姿態(tài)控制、通信切換等操作。三套系統(tǒng)在星上形成閉環(huán),衛(wèi)星自己就能應對變化,不用等地面指令。
這個邏輯其實很簡單,魏奉思舉了個例子:你拍一下手,大腦瞬間感知到,然后判斷是蚊蟲還是自己碰的,接著決定是拍回去還是縮手,整個過程毫秒完成,能耗還極低。自然界的鳥群也是如此,數(shù)萬只鳥受驚后能瞬間變換隊形不碰撞,因為每只鳥都有自己的感知和應對機制,還能互相傳遞信號。
未來的低軌星座也應該這樣:每顆衛(wèi)星有自己的“大腦”,衛(wèi)星之間再組成“大腦互聯(lián)網(wǎng)”協(xié)同運行。對于現(xiàn)在業(yè)界關(guān)注的太空AI算力方向,魏奉思有不同看法。SpaceX計劃2028年發(fā)射搭載GPU的算力衛(wèi)星,但他認為,衛(wèi)星的能源和空間都受限,把地面的通用大模型和AI服務器搬上天,這條路走不通。
他主張的是“大腦智能”:小數(shù)據(jù)、小模型、小能耗,基于空間物理的因果關(guān)系建模。比如車輛自動駕駛遇到行人,不能因為99%概率不撞就繼續(xù),必須做確定性安全判斷;衛(wèi)星軌道控制也是一樣,大氣密度變化對軌道衰減的影響是明確的物理因果,可以建模計算。衛(wèi)星大腦的價值,就是讓衛(wèi)星在有限能量下,自主做出更優(yōu)決策。
魏奉思團隊為“衛(wèi)星大腦”規(guī)劃了三步走路線:第一步,地面實驗室完成原理樣機,驗證星上數(shù)據(jù)處理、環(huán)境建模等基本能力,這一步已經(jīng)基本完成,原理樣機外形像頭盔,內(nèi)部是計算平臺,重量壓縮到10公斤以下,還在繼續(xù)減重;第二步,把系統(tǒng)裝到真實衛(wèi)星上,考驗三套子系統(tǒng)在太空環(huán)境中的運行能力;第三步,在空間站開展實驗,進一步驗證穩(wěn)定性和可靠性,科技部已經(jīng)把相關(guān)方向列入重點專項支持。
魏奉思說,目前美國還沒有明確提出“衛(wèi)星大腦”這一概念體系,中國在這個方向上有先發(fā)窗口。這意味著我們有機會在太空智能化領(lǐng)域搶占先機,讓中國的衛(wèi)星不再是“沒腦子”的傳話筒,而是能自主思考的“智能個體”。
看到這里,你覺得給衛(wèi)星裝“大腦”這個想法靠譜嗎?未來的太空會不會變成一個由智能衛(wèi)星組成的“大腦網(wǎng)絡”?歡迎在評論區(qū)聊聊你的看法。
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