原標題：之江實驗室“三體計算星座”上天滿月

　　太空算網，如何織造

　　杭州的梅雨天，深夜微涼。晚上10時，之江實驗室科研樓旁，約5米高的衛(wèi)星基站在黑夜中矗立。旁邊，幾位科研人員望著基站的圓盤形天線，緊張地等待著。

　　突然，天線動了，而后朝著天空緩緩轉動。這意味著“三體計算星座”中的某顆星，與基站開始通信。不到10分鐘后，轉動停了下來。

　　“衛(wèi)星圍繞地球轉一圈，僅有不到10分鐘能與地球基站通信。這段非常有限的時間是科研人員僅有的測試機會。‘三體計算星座’上天滿月，衛(wèi)星布相基本穩(wěn)定，我們正進行單星業(yè)務在軌測試?！敝瓕嶒炇姨旎嬎阆到y(tǒng)研究中心副主任、計算星座科研任務總體部技術總師李超說。

　　5月14日，之江實驗室“三體計算星座”團隊與國內兄弟團隊合作，把首批12顆計算衛(wèi)星送上天，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。

　　“三體計算星座”是個什么星座?它能為我們帶來怎樣的算力革命?

　　打破衛(wèi)星“孤島”

　　在浩渺的宇宙中，每一顆計算衛(wèi)星都只是一個普通的人造星點。12顆衛(wèi)星組成的網，卻能像人一樣在太空中學會“思考”。

　　通常，衛(wèi)星需先將數(shù)據傳回地面，再由地面數(shù)據處理中心對其進行解析，即“天感地算”。但受限于地面站資源、帶寬等因素，僅有不到十分之一的有效數(shù)據能傳回地面，且存在數(shù)據時效差等問題。

　　“三體計算星座”做的，是讓衛(wèi)星采集的信息在太空進行在軌計算，直接向地面發(fā)送處理好的結果。通過100Gbps(千兆比特/秒)激光鏈路互聯(lián)，這12顆衛(wèi)星將初步形成總計5POPS(每秒5千萬億次計算)的太空計算能力和30TB(太字節(jié))的軌道存儲容量。

　　打個不恰當?shù)谋确?，它就像是一個在太空軌道上工作的分布式超級計算機系統(tǒng)。李超說，從“天感地算”到“在軌組網、天地協(xié)同”，“三體計算星座”解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信“孤島化”問題。

　　首個，意味著幾無經驗可借鑒，一切需要摸索。

　　今年的春節(jié)假期，每到夜深，之江實驗室7號樓總有幾間辦公室燈火通明。李超帶領的這支團隊仍留在天基計算系統(tǒng)研究中心，埋頭進行計算衛(wèi)星的整星測試。

　　這是一場“第四類”衛(wèi)星技術的突進——有別于通信、導航、遙感等傳統(tǒng)衛(wèi)星，計算衛(wèi)星被稱之為“第四類”衛(wèi)星。

　　時間回到2024年世界互聯(lián)網大會·烏鎮(zhèn)峰會。中國工程院院士、之江實驗室主任王堅首次對外發(fā)布“三體計算星座計劃”。他意氣風發(fā)地向人們描繪：“我們希望像互聯(lián)網將不同電腦連接在一起一樣，實現(xiàn)衛(wèi)星之間的互聯(lián)互通?！?/p>

　　“星上90%都是新研內容?！碧旎嬎阆到y(tǒng)中心專家張鵬舉例，如衛(wèi)星采用的新穎的平板式構型，更加緊湊的部件組裝，讓衛(wèi)星可像平板一樣堆疊，實現(xiàn)“一箭十星”甚至“數(shù)十星”發(fā)射；首次搭載由廣西大學和中國科學院國家天文臺自主研制的宇宙X射線偏振探測器，對伽馬射線暴等各類瞬變源進行在軌快速探測、證認、分類；激光通信載荷從10Gbps升級為100Gbps，在相距千里的太空中能實現(xiàn)每秒100G(千兆比特)的數(shù)據傳輸……

　　那是焦灼枯燥的一段時間。宮祿齊、張鵬等項目骨干無數(shù)次在杭州、嘉興衛(wèi)星總裝基地和上海衛(wèi)星研發(fā)基地之間來回奔波，每天進行十幾個小時的測試工作。

　　張鵬留著一張難得的合影，拍攝于今年2月27日晚上9時08分。地點位于嘉興衛(wèi)星總裝基地。

　　他介紹：“右側是編號為08的計算衛(wèi)星，正準備吊裝到振動臺上，開展力學試驗。左側遠處的熱真空罐口，銀白色金屬架上固定的是編號為01的計算衛(wèi)星，剛剛做完了為期5天的熱真空試驗。”

　　這是兩種構型衛(wèi)星完成總裝后的第一次交會，也是緊密合作的衛(wèi)星平臺各分系統(tǒng)負責人第一次見面。機會十分難得。因為，他們大部分時間都分散在全國各地，很多人可能只是一起在線上開過會。

　　功夫不負苦心人。今年4月底，12顆計算衛(wèi)星相繼封裝上箭，其中單星的最高算力達744TOPS(每秒744萬億次計算)，突破性地實現(xiàn)了星載智能計算機算力近百倍的提升，“與國際同行相比處于領先地位”。

　　“人工智能、航空航天等很多領域目前存在的發(fā)展瓶頸，都是算力受限造成的。”在王堅看來，率先嘗試構建太空計算星座，是一件“非常需要探索精神的事情”。“有了太空計算星座，太空應用的邊界大大拓寬，很多原先不可能的事情都可以做了。”

　　關關難過關關過

　　按照“三步走”的戰(zhàn)略，之江實驗室第一步要在太空上做智能計算，然后做云計算，最終在天上形成計算的基礎設施，建設一個太空計算星座。

　　很多人擔心：前兩步還算好走，第三步會很艱難。

　　用時不到9個月，“三體計算星座”團隊完成了一項“不可能完成”的任務?！鞍?2顆衛(wèi)星連成一個系統(tǒng)，涉及到100多個硬件、200多個軟件、近百萬行代碼，每顆衛(wèi)星光連線就有1000多根……這是一項極其復雜的系統(tǒng)工程?！崩畛哉Z中難掩驕傲。

　　天基計算系統(tǒng)研究中心主任助理王志，一直記得12顆計算衛(wèi)星聯(lián)調期間的一次驚心動魄。由于前期經驗不足，有一次操作失誤直接導致一臺智算機和一臺路由器短路故障，中心研究專家李旭和顏迪穎二話不說，帶著團隊俯身蹲在地板上，動手修理起來。千根線纜全部重新接，其中還有不少是光纖，稍一用力就會斷損。最累的時候，一天要彎腰俯身好幾個小時。

　　那些日子，他們每天都在重復相似的工作：組裝設備、接線、寫代碼……“最難的科研就是由無數(shù)看似最基礎的工作構成的?！蓖踔菊f。

　　“星地鏈路協(xié)議”是“三體計算星座”中的一塊“硬骨頭”。

　　“簡單說，就是把衛(wèi)星和地面的‘專線電話’，改成能‘自由聊天’的‘互聯(lián)網’。”天基計算系統(tǒng)中心高級研究專員顏迪穎打了個比方。

　　顏迪穎說，剛接手任務時，團隊的每個人都幾乎兩眼發(fā)黑：衛(wèi)星、通信設備、地面站……每個節(jié)點設備都要實現(xiàn)互聯(lián)網的鏈路協(xié)議?！霸谒性O備集成調試的過程中，總會出現(xiàn)很多的問題，必須從眾多數(shù)據中找到出錯的字節(jié)，才能順藤摸瓜找到問題的原因?！鳖伒戏f表示，在實際操作中，常遇到要從幾百兆的數(shù)據里找出一個錯誤字節(jié)(注：1兆=1048576字節(jié))的情況。團隊一度覺得簡直是大海撈針。

　　更棘手的是，國內沒人用過“星地鏈路協(xié)議”，國外少有案例參考，這群年輕人只能摸著石頭過河。后來，顏迪穎想了個辦法：將鏈路分成微波、地面、星上三段，鎖定6個數(shù)據節(jié)點，把測試拆成8步共500多個項目，這樣能極大優(yōu)化測試鏈路和測試流程。

　　一場“攻堅戰(zhàn)”就此打響。所有人像上了發(fā)條的機器，項目的7個合作伙伴各帶團隊趕到杭州，彼此支援，每天都聚在一塊兒討論解決方案，“大家經常為了一個數(shù)據爭得面紅耳赤?！鳖伒戏f說。

　　當?shù)孛娴谝淮闻c衛(wèi)星設備互聯(lián)，信號在電腦屏幕上跳躍時，顏迪穎激動地跳了起來，然后呆呆地在原地坐了很久——那是來自太空世界的“新希望”。 有了第一次的經驗，這群年輕人僅花了半個月就完成了12顆衛(wèi)星和2個地面站之間的30種連接拓撲測試。

　　“星地”的互聯(lián)，僅僅是“第一關”。

　　攻克星間鏈路技術堪稱航天通信領域的“珠峰挑戰(zhàn)”——在7公里每秒的飛行速度下，讓1500公里外的激光束精準鎖定另一顆衛(wèi)星僅茶杯口徑大小的通信終端，其難度不亞于在萬米高空穿針引線。

　　提及如此苛刻的要求，激光通信機專項總師李旭一口氣用了好幾個詞匯來形容：超高精度、超高穩(wěn)定度、超大動態(tài)……

　　“我們攻克的最大難點在于，要求每臺激光通信終端都實時在線，建立高速傳輸通信?！眻F隊合作伙伴、氦星光聯(lián)創(chuàng)始人譚俊表示，這意味著需要同時在12顆衛(wèi)星之間建立激光通信鏈路,并進行校準和測試,以確保其穩(wěn)定性和可靠性。

　　雖然GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)也曾嘗試應用星間鏈路技術，但那只是建設一些“羊腸小道”。李旭說：“星間鏈路好比是在衛(wèi)星星群之間架設的‘天路’，讓衛(wèi)星互相‘加好友’。這樣它們既能獨立運行，又能瞬間組隊，形成覆蓋全球的‘計算云’?！?/p>

　　團隊大膽推翻原有追求極致速度的方案，在“可靠性、成本、進度”間尋求平衡，驗證多種速率多種體制的星間激光通信，為后續(xù)大規(guī)模星間組網提供數(shù)據支撐。

　　新方案極大提升了資源利用率，終端設備的靈敏度提高了數(shù)十倍。

　　“三體計算星座”中的“三體”代指太陽、月亮、地球。它們彼此之間協(xié)同良好，又有極其復雜的關系。與之相似的，這張算網正持續(xù)匯聚不同創(chuàng)新主體的力量，一群夢想家在同一個目標的引領下，正共同完成太空計算的宏偉愿景。

　　與“星鏈”差異化競爭

　　按照規(guī)劃，“三體計算星座”將在2035年前擴展至千顆衛(wèi)星，形成覆蓋全球的天基智能計算網絡。

　　這一奇妙構思，讓人不禁聯(lián)想到美國太空探索技術公司的低軌道衛(wèi)星互聯(lián)網星座項目——“星鏈”。該項目旨在通過大規(guī)模部署近地軌道衛(wèi)星群，為全球提供高速、低延遲的寬帶互聯(lián)網服務，尤其是覆蓋傳統(tǒng)地面網絡難以到達的偏遠地區(qū)。根據最新數(shù)據，“星鏈”衛(wèi)星數(shù)量已超1.2萬顆，并計劃擴展至4.2萬顆。

　　“三體計算星座”展現(xiàn)出差異化競爭優(yōu)勢。星鏈本質上是“太空中的信號基站”，主要功能集中在通信領域，缺乏在軌計算能力?！叭w計算星座”更注重計算賦能——未來千星組網后，其總算力可達1000POPS(每秒百億億次計算)，加上其搭載的80億參數(shù)的天基模型，能實現(xiàn)數(shù)據采集(L0級原始信號)到決策生成(L4級應用指令)的實時在軌處理。

　　這相當于把一座城市級的算力基礎設施裝在千顆衛(wèi)星里，將足以支撐在太空運行和地面相當量級的人工智能技術。

　　屆時，“三體計算星座”將成為人類的得力助手：在氣象預測領域，可實現(xiàn)臺風路徑分鐘級更新；在監(jiān)測森林火災時，能實時識別火焰光譜特征，分鐘級甚至秒級生成火場三維模型并自動觸發(fā)多部門預警，無需人工介入或地面算力支持；執(zhí)行深空探測任務時，可跨衛(wèi)星編隊轉發(fā)探測器數(shù)據，延遲較傳統(tǒng)中繼衛(wèi)星降低一半以上；在城市治理場景，可構建全息數(shù)字孿生城市，實現(xiàn)交通、能源、環(huán)境的動態(tài)優(yōu)化，讓“城市大腦”更智慧。

　　在計算星座指揮大廳，李超對著大屏幕上的對話框詢問：“之江實驗室附近有沒有水域?”幾秒內，天基模型不僅提供了精準數(shù)據，還推送出高光譜湖泊河流影像。

　　這種從“信息管道”到“智能節(jié)點”的轉變，正在重構全球太空產業(yè)格局。王堅說，他特別希望看到，未來星座達到一定規(guī)模后，老百姓也能便捷地享受計算衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等帶來的服務。

　　國外同行對“三體計算星座”高度評價。據參考消息網報道，西班牙媒體指出，中國已經開始打造世界首臺太空超級計算機。這一項目有望在全球范圍內徹底改變人工智能和數(shù)據處理。這項雄心勃勃的計劃不僅已將太空超級計算機的首批部件送入軌道，還為人工智能、數(shù)據主權和全球力量平衡的新時代奠定了基礎。

　　在太空織一張算網不是一條輕松的路。但之江實驗室“三體計算星座”團隊毫不猶豫地選擇矢志創(chuàng)新。

　　“我們見過凌晨3點實驗室的燈光，鉆過冰冷的試驗箱，也在泡面和咖啡中迎接過無數(shù)個黎明。但每當想起衛(wèi)星升空的那一刻，所有的堅持都有了意義?！鳖伒戏f說。