计算卫星出海故事:地卫二如何“智驭太空”?

2024-07-01 106 0


航天工业,作为高科技集聚、经济带动能力强的产业,无疑是典型的高精尖产业。在中国,商业航天作为新增长引擎之一被写进今年的《政府工作报告》,发展商业航天已经被纳入发展新质生产力的内涵之中。


文|赵建琳 张可

ID | BMR2004


如今,AI已经全方位地渗透到人们的生活以及企业生产中,AI写文章、AI创作歌曲、AI做视频甚至AI造车,都是目之所及、肉眼可见的事,那么AI上天呢?


今年5月10日,地卫二空间技术(杭州)有限公司(以下简称“地卫二”)官宣一则新合作:近日其与巴林国家航天局(巴林王国官方太空技术科研和产业发展机构)和阿曼兰斯公司(阿曼主权基金旗下新一代人工智能航天企业)签署合作协议,三方将致力于打造新一代的星上算法体系,推动人工智能应用在太空的部署。


地卫二是一家全球化的太空智能卫星公司,成立于2021年,业务涵盖智能卫星研制与销售、AI技术应用与服务、分布式云计算星座服务(包含太空APP开发、算力服务两种模式)。以卫星为载体实现太空计算,提供数据和算力服务是地卫二的核心业务特征。作为一家生而全球化的公司,地卫二如今的海外业务资源覆盖中东、东南亚、非洲和南美地区共40多个国家。


今年9月,地卫二将完成对西亚国家阿曼苏丹国(以下简称“阿曼”)的商业订单交付,这将是阿曼国家的首颗卫星,也是地卫二向海外国家交付的第一个商业卫星订单,标志着地卫二成为中国首个实现商业卫星出海的民营商业公司。地卫二市场方案总监李则明表示,“这是一个重要的里程碑。”它既是中国公司推动科技平权和合作共赢的例证,也是人类描绘太空经济璀璨蓝图的进一步探索。


01

商业卫星的海外需求


越来越多的中东国家希望将太空技术本地化,建立本国的太空发展体系。


1957年,苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号(Sputnik-1)”;1961年,苏联宇航员尤里·阿列克谢耶维奇·加加林完成人类首次遨游太空的壮举,开辟人类航天新纪元。60多年过去,人类对太空的好奇和探索从未停止,大量资金、人力投入到太空科技研发应用当中,“国家队”与商业公司共同组成推动一个国家航天工业发展的力量。


地卫二创始人兼CEO温卓明在创业之前曾任中兴通讯集团副总裁,员工中很多人也都有丰富的通讯行业工作经验。公司成立之前,创始团队在沙特阿拉伯、阿联酋、阿曼等中东国家和部分北非国家已积累了20多年的业务拓展经验,销售过程中,他们发现这些购买通讯设备的国家也同样有购买卫星的需求,这为地卫二的创立打下了良好的市场基础。


李则明告诉《商学院》杂志:“当地的农业、渔业、气候和能源监测都需要用到卫星资源,为此,很多海外国家纷纷规划并筹备卫星项目来进一步发展本国的航天工业。比如,卢旺达、加纳等十几个非洲国家都在积极筹备地面站、卫星等建设,以期解决慢性饥饿、水污染等可持续发展问题,中东和东南亚地区的国家也普遍有几十颗甚至上百颗的卫星发射需求,但因缺乏技术和人才,导致有些国家并没有本土服务商能够为其提供相应的服务,这就给我们进入这些国家提供了土壤。”


航天工业,作为高科技集聚、经济带动能力强的产业,无疑是典型的高精尖产业。在中国,发展商业航天已经被纳入发展新质生产力的内涵之中。在海外,很多国家也纷纷建立了本国的航天工业发展规划。例如,沙特阿拉伯在“2030愿景”(致力于发展多元化经济,摆脱对石油等能源的经济依赖)框架下,于2018年成立沙特航天委员会并启动国家太空计划,2022年进一步成立最高太空理事会;2018年埃及成立航天局,致力于太空技术和火箭发射能力建设;阿联酋推出“2030国家太空战略”,目标是将阿联酋打造成太空科学研究和商业应用的主要中心之一;2023年初,阿曼发布国家太空政策,计划用10年时间使太空业成为阿曼发展可持续经济的重要支柱。


《人民日报》援引资料提到,2023年中东国家的太空公共支出达到14亿美元,约为2010年的两倍,预计2032年将达到27亿美元。另据太空技术咨询公司“欧洲咨询”发布的最新报告,中东国家过去更多是卫星解决方案的终端用户,如今越来越多的国家希望将太空技术本地化,建立本国的太空发展体系。


除了经济上的考量,建立航天工业上的主动权也是很多第三世界国家发力太空战略的关键因素。据悉,在中东、非洲、南美洲等地区,地卫二的商业竞争对手主要来自于欧美国家公司,获得航天工业上的主动权一定程度上也能助力国家在政治上的独立和自主。更重要的是,近地轨道的卫星轨位有限,目前公认的数量是6万颗,而仅马斯克投资的SpaceX公司一家就计划在2019年到2024年间部署由4.2万颗卫星组成的星链,抢频占轨的紧迫性日渐增强。


李则明说,今年向阿曼交付的商业卫星无论对阿曼还是对中国都意义重大。对阿曼来说,这是该国拥有的第一颗卫星,是他们航天史上具有开拓意义的一颗卫星,推动并见证了阿曼航天技术的发展,意味着未来该国在航天领域甚至是其他相关领域将获得更多的所有权和主动权。对中国来说,这是一次输出中国优质技术成果,助力航天技术欠发达国家建设卫星基础设施的动作,旨在通过更加市场化的方式推动科技平权。


02

计算卫星突破在哪?


AI能力直接改变了传统遥感卫星的工作方式,实现从“天采地算”到“天采天算”的蜕变。


2023年8月,“谷神星一号遥七运载火箭”在我国酒泉卫星发射中心成功发射升空,搭载其中的智能遥感卫星“地卫智能应急一号”等被送入预定轨道。“地卫智能应急一号”由浙江大学与地卫二历时一年多联合研制,这是中国首颗以AI载荷为核心、具备智能操作系统的人工智能卫星。


以遥感卫星为例,传统的遥感卫星可以形象地理解为带着相机和传感器上了天,而智能卫星还带了“大脑”上天。“地卫智能应急一号”的“天空地脑一体化”架构可实现语义理解、在轨识别、智能分割、智能压缩、无效数据清洗、大模型推理等星上AI能力,直接改变了传统遥感卫星的工作方式,实现从“天采地算”到“天采天算”的蜕变。


李则明介绍,传统遥感卫星拍摄图片时,卫星只是拍摄动作的执行者,并没有聪明的“大脑”,无法识别成像质量,判断图片是否有用,需要将数据传到地面站由人工进行识别分析。受限于数据的庞大与传输通道的稀缺,能够实时传输下来的数据可能只有10%,想要收到全部数据短则延时四五小时,长则延时一两天。而“天采天算”是让卫星拍摄后进行实时计算,自动识别所拍照片是否满足要求,因此大大提高了工作效率,带来了更多可以想象的场景。


据了解,“地卫智能应急一号”拥有百亿级的晶体管数量,每秒可执行80万亿次浮点运算(实数运算)。而卫星上的超高算力得益于“弦”Edge AI星载智能载荷处理单元(以下简称“弦”),其算力从2022年刚诞生时的80 TOPS逐步提升到目前的300 TOPS。弦平台是卫星的“大脑”,也是地卫二智能体系产品的核心,更是其未来的重大研发方向。


李则明指出,弦平台实现了超感知能力、超实时能力、超数据融合能力三项技术突破。“超感知能力”,是指能够快速处理星上载荷发送的数据,具有信息带宽大、感知时间长的特点;“超实时能力”,整个算法处理流程可缩短至10分钟,并通过窄带通信系统发送至便携式地面站接收;“超数据融合能力”,在单星任务层面上,可以融合观测目标各维度的特征信息,增强目标特征的捕捉能力,大大提高数据利用率,多星协作层面上,可以提高星间数据的共享能力,通过任务编排完成更复杂的太空任务。


由于太空环境特殊,目前通用的算力平台并不适合照搬上天,地卫二为此做了诸多调整,针对单粒子翻转、空间辐射对电子元器件的辐射破坏等问题,地卫二进行了特定结构和效能的优化,以将地面上高性能的算力适配到卫星上等等。2023年,《“弦”星载EdgeAI载荷处理单元的多模态AI卫星》荣获“第二届全球数字贸易博览会先锋奖金奖”,与蚂蚁科技集团等其余四家单位共同成为首批金奖获得者。


03

推动太空数据共享普惠


只有当全世界连接在一起,数据才能流通流转,发挥价值,共商、共建、共享的内涵就在于此。


阿曼是阿拉伯半岛最古老的国家之一,石油、天然气是阿曼的支柱产业,但其并不愿意始终依赖传统能源。2016年,该国颁布可持续国家发展战略《阿曼2040愿景》,将环境保护视为优先发展事项之一,并计划在2050年实现碳中和。


为了推进碳中和计划,阿曼决定统计本国一共有多少棵树,传统的做法是当地政府雇佣人力一棵一棵去数,但这样效率低,成本还高。2023年8月,地卫二与阿曼最高学府——阿曼苏丹卡布斯大学达成卫星相关合作。为了数树,地卫二开发了一套AI算法模型,阿曼苏丹卡布斯大学教授带领学生又在此基础上进行再开发,最终部署在中国的卫星上进行测量,结果准确率高达98.9%以上。


地卫二的技术团队综合了人工智能和航天工程两大专业背景,地卫二算法领域首席科学家康亚舒曾在美国中部交通研究中心做算法研究员,此外,技术团队内多位成员来自浙江大学微小卫星研究中心,该中心从2000年起就开展了皮纳卫星整星、测控通信、姿轨控制、星间通信及编队组网等领域的研究工作,是我国微小卫星发展的“摇篮”,温卓明也曾担任浙江大学微小卫星研究中心的副主任。


为了提供更本地化的服务,地卫二在阿曼、沙特阿拉伯、埃及等海外地区都设立了当地办事处或合资公司,李则明说:“例如,我们在阿曼组建了合资公司,聘请了很多阿曼本地人去参与和负责地卫二在当地的业务。我们能真切地感受到本地员工对今年这颗卫星的发射充满期待。就在今年5月,一位阿曼员工来到公司杭州总部参观学习,这是阿曼国内第一个系统性接受航天知识培训的工程师。我们也已为中亚、中东、南美、东南亚、非洲等区域的本地员工、伙伴提供过技术培训。可以看到,他们对于航天技术的学习是非常渴望和迫切的,这些国家也非常欢迎中国公司在当地建立合资公司。”


目前,地卫二的出海地区主要以“一带一路”共建国家为主,例如,东南亚的马来西亚、泰国、印度尼西亚,中东的沙特阿拉伯、阿联酋、阿曼、巴林、伊拉克、土耳其、巴基斯坦,非洲的南非、埃及、埃塞俄比亚、卢旺达、科特迪瓦、肯尼亚,南美洲的智利等等。选择出海地时,地卫二会着重考虑当地国家政权的稳定程度、与中国的双边友好程度以及当地是否有实力较强的合作伙伴来提供相应支持。


对于地卫二来说,与“一带一路”共建国家合作是中国公司积极响应共建“一带一路”倡议的方式,这也将为相关国家提供切实的帮助。2023年8月,阿曼苏丹卡布斯大学电子与计算机工程系主任艾哈迈德·马什里接受新华社记者专访时说,阿中两国科技合作有助于阿曼实现“2040愿景”,推动阿曼的数字化转型,展示了国际合作和技术交流的巨大潜力。


截至2023年底,地卫二的海外收入约是国内收入的两倍。李则明介绍,国内市场的发展已比较成熟,公司主要从事数据服务和AgentGPT服务。相比之下,海外市场目前仍处于需要加快搭建基础设施的阶段,因而,地卫二出海时,不只是自己出海,也会带着配套地面站建设、数据服务提供商等相关产业链一同“打包”出海,这一举措也会带动我国商业航天产业链的出海发展。从长远看,海外业务的拓展将进一步助力地卫二“星上算法共乘计划”的推进和实现。地卫二的远期畅想是打造全球领先的分布式云计算星座,形成空天信息智能计算的基础设施平台,为全球用户提供通用、普惠、可靠的太空计算服务,打造支撑未来航天任务的太空云计算系统。


“就好比我们在太空中用卫星组一张网,每一颗计算卫星都是一个节点,接入一颗卫星就能实现一次太空云数据的协同,算力也可共享使用,最终形成共享星座。就像英特网一样,只有当全世界连接在一起,数据才能流通流转,发挥价值,共商、共建、共享的内涵就在于此。”李则明说道。


天高地迥,觉宇宙之无穷,期待地卫二在不懈的探索中为我们提供更多答案。


(本文图片由受访者提供)


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