星测未来StarDetect

下一代星座竞争核心——卫星智能化

2025-10-22 17:04 仓基荣

当可重复使用火箭与巨型星座逐渐成为常态，商业航天的下一个竞争焦点，已聚焦于卫星自身的智能化水平。

传统的“数据下行、地面处理”模式已难以满足即时遥感、战术侦察等场景的分钟级响应需求。卫星必须学会在轨“思考”，从数据的“搬运工”转变为信息的“决策者”。星上智能，正从一项前沿技术，演变为决定下一代星座效能的核心竞争力。

卫星智能化趋势

随着即时遥感、卫星互联网等应用落地加速，单星智能化及星座协同任务智能化场景涌现，星载智能已经成为卫星的刚需和标配。

在环境监测领域，实时分析卫星图像，可为灾害预防和应急救援提供宝贵信息支撑。例如Orbital Sidekick的能源管线监测星座及OroraTech与谷歌的野火监测星座，已经实现组网运营。

在国防领域，卫星在轨智能处理是战术情报、监视和侦察（ISR）以及作战管理和指挥控制（BMC3）的核心技术。例如Palantir的行星级时敏情报系统元星座，以及美国太空军正在打造的"扩散型作战人员太空架构"（PWSA），已形成天基情报网。

在通信领域，星载智能可提供通信链路优化、星座管理运营、自主避障等功能，赋能通信及通遥一体巨型星座。例如SpaceX的星链以及搭载军用载荷的星盾，正在批量化部署。

在空间态势感知领域，星载智能协助人们绘制太空交通地图，助力垃圾清理与在轨服务。例如提供太空交通管理服务的LeoLabs公司，以及欧空局资助的太空垃圾清理项目Clearspace-1，即将发射验证任务。

太空计算中心是近年来新兴的卫星应用模式，旨在利用太空计算布局云计算设施。例如美国初创公司Starcloud计划使用英伟达H100搭建数据中心。

原有星上算力主要针对单一简单任务设计，采用相对陈旧的计算架构和宇航级落后制程元器件选型，单一处理芯片性能较弱，需要通过大量堆叠处理芯片的方式应对特定计算任务需求，存在系统复杂度高、软硬件强耦合、技术迭代慢的问题。

上述应用场景对星载智能提出了更高要求，需要充分利用卫星有限资源，提供高可靠、高性能算力，真正服务于用户灵活多变的任务需求。

智能卫星的算力需求

目前的高效空天信息服务对星载智能的需求，从计算功能上可以分为数据处理和多星协同两大类，以遥感场景为例，数据处理主要包括遥感数据在轨预处理及情报解译任务，多星协同主要用于多颗遥感卫星的协同观测任务调度，提升即时遥感的情报价值。此外，星载智能在卫星通信、空间科学、态势感知等场景也有相应的任务需求。

从算力形式上，目前我们采取得比较多的是天基分布式计算，算力在1000TOPS及以下量级，服务于单星边缘计算需求；太空计算中心是一种天基集中式计算，未来也许能媲美甚至超过地面数据中心（100EOPS量级），上文提到Starcloud规划的数据中心达到了千EOPS规模，可以服务于太空及地面的云计算需求。

卫星资源有限而星上任务多样，就需要从需求出发，匹配适宜的算力形式。

根据星测未来多年研究经验积累，提出了几种典型计算场景算法与算力需求如下图所示。

图像预处理及任务规划等需求多用传统算法，其特点是规则清晰、计算高效，适用通用计算芯片；目标检测、图像分割等需求使用AI算法，其特点是数据驱动，擅长复杂任务，适用GPU/NPU等AI芯片。

星上算力的挑战

为实现算力上天，解决现有星上算力局限性并满足日益增长的卫星智能化需求，还需逐个攻破星上计算核心问题，形成体系化解决方案。

问题一：星载计算复杂、时效性要求高——软硬件协同优化

硬件层优化：基于底层计算架构进行优化设计，采用先进COTS器件实现低成本、高能效比，采用多种芯片类型构成超异构计算架构，可灵活调度多类型计算资源，实现综合性能最优化；

软件层优化：围绕典型业务场景，针对信号处理、深度学习等典型处理算法进行算法轻量化和加速部署设计，提升硬件资源利用效率。

问题二：业务场景多变、智能化需求迫切——软硬件解耦合的智能化软件架构

分层解耦的星载智能软件设计：构建多层解耦的软件架构，支持业务程序灵活编排和统一调度；配合OTA升级实现业务场景的可持续更新。

问题三：空间环境恶劣、可靠性要求高——面向COTS器件的系统级容错加固设计

系统级抗辐照容错加固设计：围绕高性能COTS器件，从结构、硬件、软件等多方面进行容错加固设计，在降低成本的同时，提升系统级可靠性。

类比汽车的智能化发展，随着计算架构的优化和算力升级，卫星也将具备更高的智能化水平，释放更大的应用潜力。

卫星+AI的未来

卫星智能化正成为推动行业变革的关键力量，通过将AI能力深度融入卫星平台，实现从数据采集到应用服务的全链路升级。

天基算力赋能，释放卫星潜能：基于星载智能平台，卫星能够在轨完成数据处理和压缩传输。无论是关键情报的分钟级响应，还是空间科学的联合观测，天基算力让卫星从"数据采集器"升级为"智能决策者"。

开放生态共建，降低智能化门槛：基于开放化智能平台，提供标准化开发工具和算法库，支持客户快速定制AI应用。可支持全球合作伙伴共同构建空天信息服务生态，让各类应用都能以最小投入获得卫星智慧。

多场景深度融合，创造持续价值：从即时遥感到卫星互联网，从太空交通管理到深空探索，星载智能正在重塑行业应用模式。通过持续算法更新和服务订阅，卫星在轨可不断进化，为空天基础设施与民生应用等重大领域提供精准可靠的智能服务。

卫星智能化正在成为继可重复使用火箭、低轨通信星座之后，商业航天的又一个新机会。它不仅关乎单星能力提升，更将重塑卫星、星座运营模式和行业竞争格局。未来，谁能在星上算力和应用生态中建立优势，谁就能在空天信息服务市场占据主动。

作者简介

仓基荣，星测未来联合创始人&CEO，清华大学工物系本科、博士、天文系博士后，正高级工程师、北京市创业新星、中关村U30优胜者，河北清华发展研究院“空间粒子信息与空间天文探测”中心副主任。长期从事粒子、天体物理探测器电子学与高性能异构计算领域研究，目前专注于“AI+航天”的深度融合，带领团队研制并在轨20多颗国际领先的星上智能处理载荷。

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