“三体计算星座”把人工智能送上天

　　 　　12 颗计算卫星组网示意图。 　　■本报记者 赵广立 　　长征系列运载火箭的第576次飞行，因为新“乘客”的加入，注定不同寻常。 　　5月14日12时12分，长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，这次升空的“乘客”可不简单。它们是12颗搭载了智算系统、星间通信系统的计算卫星，不仅具备太空在轨计算能力，还能够实现整轨卫星互联，构建“天地一体化网络”。 　　作为之江实验室主导构建的“三体计算星座”的首次发射，此次一箭十二星发射任务的背后，有着一个更大的目标——把人工智能送上天。 　　“人工智能不能因为缺失算力而缺席太空。”中国工程院院士、之江实验室主任王坚告诉《中国科学报》，希望通过构建“三体计算星座”，促进空天产业进步，让老百姓更便利地用上卫星服务。 　　把人工智能送上天有何用意？王坚口中的“三体计算星座”又藏着哪些玄机？ 　　从“天感地算”到“天感天算” 　　以往，卫星数据的处理都要依靠通信系统回传地面，然后由地面数据处理中心对其进行解析，这种模式可形象地称之为“天感地算”。据了解，受限于地面站资源、带宽等因素，“天感地算”的模式下，仅有不到十分之一的有效卫星数据能传回地面，导致大量数据无法利用；与此同时，数据通信也需要时间，这就造成在某些数据处理中时效性差的问题。 　　之江实验室构建的“三体计算星座”就致力于破解上述难题。 　　据之江实验室总工程师、计算星座科研任务总体部（以下简称总体部）总指挥赵志峰介绍，“三体计算星座”是由之江实验室协同全球合作伙伴共同打造的千星规模的太空计算基础设施，建成后总算力可达1000POPS（每秒百亿亿次运算）。本次首发入轨的12颗计算卫星均搭载了星载智算系统、星间通信系统，卫星互联后可具备5POPS计算能力和30TB存储容量。 　　这背后离不开一系列太空计算软硬件技术的突破：为了在有限空间尽可能多地部署算力，之江实验室瞄准提升算力开展攻关，突破性地将星载智能计算机的算力从T级提升到P级，此次升空的计算卫星最高单星算力达0.74POPS，实现了算力近百倍的提升；作为星座天地网络互联的核心设备，星载高通量路由器将承担星间、星地和星内百G比特高速率、低延迟网络传输的任务；天基分布式操作系统就像星座资源管家，能对星座的算力、存储、网络等资源进行统一管理，实现在轨计算任务编排调度及应用状态监测。 　　卫星同时还搭载了80亿参数的天基模型。它是星座的“智慧大脑”，能调度卫星协同处理多源遥感数据，完成在轨自主对地观测任务。此次升空，它将执行异轨卫星激光接入、天文科学观测等在轨试验任务。 　　“算力升空、在轨组网、模型上天，‘三体计算星座’将‘天感地算’变为‘天感天算、天地协同’。”王坚说，“三体计算星座”的构建，有望大大拓宽太空应用的边界。 　　多主体协同，实现“不可能” 　　“三体计算星座”与刘慈欣知名科幻小说《三体》同名，引人遐思。它的名字有什么来由？ 　　王坚解释说，这个名称其实源于牛顿提出的“三体问题”，其大意是当有3个以上的对象协同工作时，主体之间的相互作用就如同天体之间的引力作用一样，是一种极其复杂的关系。 　　“三体计算星座”也汇聚了不同创新主体的力量。据了解，之江实验室联合国星宇航、氦星光联、航天驭星、天链测控等合作伙伴，于2024年7月成立了之江实验室总体部，各展其长，实施有组织科研。其中，之江实验室负责首发任务“星载智能计算机”等太空计算软硬件和天基模型的研制，国星宇航专注于智能网联卫星平台的研发和整星制备，氦星光联则承担了激光通信终端的研制工作……12颗计算卫星，关联的是百余个硬件、200余款软件、近百万行代码。总体部200多名科研人员夜以继日、集智攻关，不到9个月，首发任务的各项工作便准备就绪。 　　“这在传统航天项目里，几乎是不可能实现的。”总体部技术总师、天基计算系统研究中心副主任李超感叹。 　　值得一提的是，本次发射的卫星还搭载了由中国科学院国家天文台和广西大学研制的宇宙X射线偏振探测器。有了它，计算星座将可以通过“天基天文时域模型”对伽马射线暴等各类瞬变源进行在轨快速探测、证认、分类，并触发双星协同观测，实现秒级判断和99%的识别准确率，畅享“人工智能+”推动的太空科学研究范式变革。 　　“组建一个太空计算星座，并让星座充分发挥其价值，是一项非常庞大、极度复杂的系统工程。”之江实验室党委书记佟桂莉对记者表示，协作各方始终以实际行动探索机制创新，充分发挥新型研发机构、企业、高校各自的优势，共同以科技创新推动产业创新。 　　短暂欢呼过后，是超50颗星座目标 　　把算力送上天，让计算卫星实现互联互通，进而把人工智能送上太空，这就是“三体计算星座”要讲述的故事。而一箭十二星的首发成功，也标志着我国首个整轨互联的太空计算星座正式进入组网阶段。 　　在王坚看来，率先探索构建太空计算星座，是一件“非常需要探索精神的事情”。 　　“有了太空计算星座后，太空应用的边界被大大拓宽了，可以做很多原先不可能的事情。”王坚告诉《中国科学报》，他特别希望看到，未来星座达到一定规模后，老百姓也能便捷地享受计算卫星、遥感卫星等带来的服务。 　　首发成功后，在之江实验室“三体计算星座”指挥控制大厅，首发卫星的第一组遥测数据已经顺利回传。短暂的欢呼过后，科研团队没有松懈下来，他们马不停蹄地投入到后续的研发中，以确保卫星组网、在轨观测和计算等任务顺利执行。 　　赵志峰对《中国科学报》表示，随着首发奏凯，“三体计算星座”新一轨卫星发射任务的研制工作已随之启动——今年的发射目标是超50颗计算卫星的星座布局。 　　队伍也在壮大：国星宇航、智星空间、地卫二、开运联合、蓝箭鸿擎、十方星链、中科睿格、微纳星空……“在星座的建设、投入、使用等方面，我们将通过共商、共建、共享、共发展的模式，共同实现太空计算愿景。”王坚说。