之江實驗室計算星座科研團隊在發(fā)射現(xiàn)場。之江實驗室供圖

5月14日12時12分，太空計算衛(wèi)星星座搭載長征二號丁運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，標志著我國首個整軌互聯(lián)的太空計算星座正式進入組網階段。一箭十二顆計算衛(wèi)星是之江實驗室發(fā)起的“三體計算星座”的首次發(fā)射，也是國星宇航“星算”計劃的首次發(fā)射。

在之江實驗室“三體計算星座”指揮控制大廳，首發(fā)衛(wèi)星的第一組遙測數(shù)據(jù)已經順利回傳。而此時，科研團隊已經馬不停蹄地投入后續(xù)的研發(fā)工作，確保衛(wèi)星組網、在軌任務等順利執(zhí)行。

“三體計算星座”首發(fā)整軌衛(wèi)星示意圖。之江實驗室供圖

“三體”啟航

“三體計算星座”是由之江實驗室協(xié)同多家單位共同打造的千星規(guī)模的太空計算基礎設施，建成后總算力可達1000POPS（每秒百億億次運算）。

通常，衛(wèi)星需先將數(shù)據(jù)傳回地面，再由地面數(shù)據(jù)處理中心對其進行解析，這種“天感地算”的模式受限于地面站資源、帶寬等因素，僅有不到十分之一的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)能傳回地面，且存在數(shù)據(jù)時效差等問題。解決這一問題正是之江實驗室構建“三體計算星座”的出發(fā)點。

“三體計算星座”這個名稱源于牛頓提出的“三體問題”，其本質是當有3個以上的對象協(xié)同工作時，主體之間的相互作用如同天體之間的引力作用一樣，是一種極其復雜的關系。“三體計算星座”匯聚了不同創(chuàng)新主體的力量，在星座的建設、投入、使用等方面均探索了機制創(chuàng)新，通過共商、共建、共享的模式，實現(xiàn)太空計算的愿景。

項目論證初期，關于構建太空計算星座的必要性、可行性存在著爭議。但隨著科研團隊的深入調研，大家認定，太空計算是真實的需求，值得去攻關。然而，要把算力送上天并在太空中組網，并非易事，是要有探索精神才能干成的事。

之江實驗室聯(lián)合國星宇航、氦星光聯(lián)、航天馭星、天鏈測控等機構，于2024年7月成立了之江實驗室計算星座科研任務總體部，實施有組織的科研。

百余個硬件、兩百余個軟件、近百萬行代碼，總體部的200多名科研人員不分晝夜，以集智攻關的努力順利完成首發(fā)任務的各項研制工作。

之江實驗室計算星座科研任務總體部技術總師、天基計算系統(tǒng)研究中心副主任李超說：“從項目立項啟動，到首發(fā)任務成功發(fā)射，只用了不到9個月的時間。在傳統(tǒng)航天項目里，幾乎是不可能實現(xiàn)的。”

之江實驗室李超（左一）及其團隊在科研一線。之江實驗室供圖

拓展邊界

“對于之江實驗室而言，不是簡單地發(fā)衛(wèi)星，我們是要構建太空計算星座，把算力送到太空，實現(xiàn)計算衛(wèi)星之間的互聯(lián)互通，進而把人工智能送上天?！敝袊こ淘涸菏?、之江實驗室主任王堅表示。

本次首發(fā)入軌的12顆計算衛(wèi)星均搭載了星載智算系統(tǒng)、星間通信系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)整軌衛(wèi)星互聯(lián)，具備太空在軌計算能力，將構建天地一體化網絡。計算衛(wèi)星最高單星算力達744TOPS（每秒744萬億次計算），星間激光通信速率最大可達100Gbps，12顆衛(wèi)星互聯(lián)后具備5POPS（每秒5千萬億次計算）計算能力和30TB存儲容量。衛(wèi)星同時搭載了80億參數(shù)的天基模型，可對L0-L4級衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行在軌處理，將執(zhí)行異軌衛(wèi)星激光接入、天文科學觀測等在軌試驗任務。

計算星座的突破，離不開太空計算軟硬件技術的攻克。之江實驗室承擔了首發(fā)任務星載智能計算機等太空計算軟硬件和天基模型的研制工作。國星宇航承擔了智能網聯(lián)衛(wèi)星平臺研發(fā)和整星研制工作。氦星光聯(lián)承擔了激光通信終端的研制工作。

作為計算衛(wèi)星的核心載荷，之江實驗室研究突破的星載智能計算機，把衛(wèi)星算力從T級提升到P級，實現(xiàn)10-100倍的提升。星載高通量路由器作為星座天地網絡互聯(lián)的核心設備，將完成星間、星地和星內百G比特高速率、低延遲網絡傳輸。天基分布式操作系統(tǒng)就像“星座資源管家”，能對星座的算力、存儲、網絡等資源進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)在軌計算任務編排調度及應用狀態(tài)監(jiān)測。首發(fā)衛(wèi)星搭載的80億參數(shù)天基模型是業(yè)內首個多任務模型，為星座增加了智慧大腦，能夠調度衛(wèi)星協(xié)同處理多源遙感數(shù)據(jù)，在軌自主完成對地觀測任務。

“人工智能不能因為缺失算力而缺席太空?！蓖鯃员硎荆叭w計算星座”的構建，將大大拓展太空應用的邊界，未來希望通過這個星座，讓老百姓也能便利地用上計算衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等帶來的服務，這對空天產業(yè)的變革具有深遠意義。

中國科學院院士、國科大杭州高等研究院院長王建宇表示：“從國際上來看也好，在國內來看也好，專用的計算星座，第一次在太空上開始組網了。這個計算星座最大意義就是把大的計算能力搬到天上，在太空當中變成一個基礎設施，為我們國家以后大型的衛(wèi)星網絡提供計算的能力。”

星載智能計算機。之江實驗室供圖

翻越大山

今年春節(jié)前，團隊面臨十二星聯(lián)調的艱巨任務。星載智能計算機專項總師宮祿齊介紹，串聯(lián)測試一旦后臺系統(tǒng)顯示異常，他們就得從1000多根交織如麻的線纜中，迅速定位問題，找到相關硬件進行調試。

“大家看這張十二星聯(lián)調期間工作臺的照片，要在如此復雜的線纜中定位一根線纜，難度極大，而且全程都得彎腰俯身。”宮祿齊說。一天下來，腰酸背痛是常態(tài)，最辛苦的一天，他們在里面整整待了20個小時。

宮祿齊回憶，白天累得精疲力竭，晚上回到家躺在床上，腦子卻還在高速運轉，滿是星座研制的各種問題：這里調試好了嗎？那里會不會出現(xiàn)“bug”？常常失眠到凌晨三四點，實在睡不著，索性起床接著干，只有看到代碼正常跑起來，心里的焦慮才能稍稍緩解。

太空計算軟件專項總師張輝也是如此，不管前一晚幾點入睡，早上7點一定會準時醒來，然后立刻起床投入工作。

總體部的每一位成員，都背負著巨大的壓力。李超也曾坦言，項目難度是原先預計的兩倍。他們要面對全新的技術，對硬件進行改造，解決上千個“bug”，而且?guī)缀鯖]有前人經驗可供借鑒，只能邊學邊摸索，但交付時間就像前方巍峨的大山，等著人們在落日前翻越。

一次調研中，之江實驗室的工作人員偶然抓拍到一張照片，兩位團隊成員正在討論項目進展，突然間吵起來了，“戰(zhàn)況”持續(xù)了很久。

后來，其中一位老師解釋，這不是吵架，這是討論工作聲音大了一點。之所以會有這樣的激烈爭論，是因為彼此把對方當作最親密的戰(zhàn)友，把項目視為自己的全部。

項目剛立項時，各個專項之間、科研人員之間關系沒那么緊密，大家只專注于自己手頭“一畝三分地”的工作。但隨著項目推進，大家漸漸意識到，這種狀態(tài)根本行不通。因為星座研制是一個龐大的系統(tǒng)工程，任何一個環(huán)節(jié)出問題，都會影響整個項目的成敗。

于是，大家開始相互配合、互幫互助，“把后背交給對方”。團隊中的爭吵和摩擦，其實是一個不斷磨合的過程。如今，只要有一個專項需要協(xié)同，其他專項定會迅速響應，立刻集結，展開頭腦風暴，第一時間解決問題，確保項目整體有序推進。

李超在很多場合說過一句話，能參與這么大的系統(tǒng)工程，對一個科研人員來說，是非常難得的機遇。其中所展現(xiàn)出的“忠誠、無我、超越”的之江實驗室文化價值觀，感染和鼓舞著團隊的每位成員。

來源：中國青年報