“三体计算星座”首发星座发射任务圆满成功现场 之江实验室/供图
李超(左一)指导团队进行技术攻关
之江实验室/供图
(记者 冯旭东 沈雯 金一清 黄乐豪) 当你仰望星空的时候,天上的卫星也在凝视你。
5月14日,酒泉卫星发射中心,长征二号丁运载火箭升空后950秒,12颗计算卫星顺利完成星舰分离,进入500公里外的近地轨道。这标志着中国首个整轨互联的太空计算星座“三体计算星座”正式进入组网阶段。
7天后,西班牙《日报》网站刊发题为《中国部署太空大脑》的文章称,中国已经开始打造世界首台太空超级计算机,这一项目有望在全球范围内彻底改变人工智能和数据处理,标志着一个新时代的到来。
坚持做难而正确的事情
大约55年前,同样在酒泉卫星发射中心,同样是卫星,同样具有时代意义:我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”飞向太空。
不同在于,卫星的用途已发生翻天覆地的变化。我们熟知的人造卫星主要分为通信卫星、导航卫星、遥感卫星三大类,而“三体计算星座”属于第四类——计算卫星。
传统人造卫星通常采用“天感地算”模式,即从天上采集信息,回传到地面进行解析处理。这个模式受制于地面资源和带宽等因素,绝大部分卫星数据被浪费,时效性很差。
“三体计算星座”犹如放置在太空的智能大脑,省去数据往返地球的“长途旅行”,采集到的信息能直接在太空处理,之后向地面发回处理结果,使计算效率大幅提高。
之江实验室总工程师、计算星座科研任务总体部行政总指挥赵志峰介绍,预计在2030年前后,“三体计算星座”将形成千星规模,整个太空算力将达到1000POPS,约为40万台智能电脑的算力。
“做难而正确的事情”是之江实验室实施“三体计算星座”项目的原点。
之江实验室天基计算系统研究中心副主任、计算星座科研任务总体部技术总师李超介绍,目前全球与智能相关的星座约有11个,真正发射的只有1个,而且还只是验证阶段且不互联。因此,智能相关星座建设没法参考,团队需从头摸索。虽然难,但也要坚定地去做。
太空成为各国战略竞争之地,早已是不争的事实。美国太空政治学者多尔曼断言:“谁控制了绕地轨道,谁就控制了太空;谁控制了太空,谁就控制了陆地表面;谁控制了陆地表面,谁就能支配人类的命运。”
在“三体计算星座”指挥控制大厅,“人工智能不能因为缺失算力而缺席太空”这句标语十分醒目。这背后是科学家、工程师、保障人员等287天不间断的攻坚。
用好机制创新这块无价之宝
许多人都认为,这是不可能完成的任务。天基中心高级研究专员颜迪颖介绍,一般研制1颗卫星要9个月,研发1套全新的星载智能计算机至少要6个月。摆在“三体计算星座”项目团队面前的任务是在9个月左右时间内,完成12颗全新卫星、3类载荷新平台、60个设备的设计生产工作。
每个节点的背后是数不清的通宵熬夜,为了准时完成测试任务,硬件团队40名科研人员12小时倒班,15分钟要测试一次数据,整整60天从未间断,白天各司其职,晚上相互补位。颜迪颖回忆这段攻坚之旅,笑称“在方便面和咖啡的香味中迎接过无数个黎明”。
卫星平台设计涉及到运载火箭系统,发射场系统、卫星系统、地面系统等,只要中间有一个环节出现错误,都会导致整个发射失败。
“把12颗卫星连成一个系统,涉及100多个硬件、200多个软件、近百万行代码,每颗卫星光连线就有1000多根……”李超介绍,3个工程师需要不间断工作6小时,才能将1000根线连好。一旦连错,就要排查重连。
在攻坚过程中,中国工程院院士、之江实验室主任王坚将机制创新视作“无价之宝”。“‘三体计算星座’的首次成功发射,是之江实验室与民营企业等一起紧密协同的创新实践。”王坚说,“没有人以这样的组织方式实现过,在机制上开了先河,这是一个无价之宝。”
这个机制创新,概括起来就是“共商共建共享共发展”。王坚解释为计算星座取名“三体”的缘由,正和合作的创新机制相关。
“三体”源于牛顿提出的“三体问题”,至今无解。其本质是当有三个以上的对象协同工作时,主体之间的相互作用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”就是希望汇聚不同创新主体的力量,通过机制的创新,共同完成太空计算的宏伟目标。
之江实验室联合17家民营企业、2家央企、8家科研机构,分工完成了这次“三体计算星座”首次发射任务。
成都国星宇航科技股份有限公司是“三体计算星座”首次发射任务智能卫星网联平台和整星研制的合作方。通过之江实验室、国星宇航的深度协同创新,最终实现了产品交付通过率100%、载荷在轨开机成功率100%,创造了协同攻坚的奇迹。
氦星光联创始人、董事长谭俊表示,依托与之江实验室和其他合作单位共建共享的生态链,项目在激光通信领域创造了产品终端数量最多、型号最全及在轨链路最多的纪录。
把握好太空智能计算的未来
计算卫星上天了,之后要考虑的是一系列在轨测试以及太空计算应用。
今年5月21日,在澳门BEYOND国际科技创新博览会上,王坚发表演讲称,“现在正是要思考如何将AI应用于太空的时候”。
成功发射、实现“天感天算”只是之江实验室“三体计算星座”计划的第一步,实际上,计算星座的作用将远超我们的想象。
2023杭州云栖大会上,王坚以《云计算的第三次浪潮》为主题发表演讲。他表示,云计算就好比电,有了前者才可能出现计算机、电视机、洗衣机等,如果没有电,一切发明就无从谈起。云计算就是类似电一样的东西,让人类进入创新驱动发展的时代。
面对日益激烈的太空竞争,作为之江实验室的掌舵者,王坚的云计算创业背景和对外关于算力的表达,从某种程度上早已注定了建设计算星座的必然性。
2024世界互联网大会乌镇峰会上,之江实验室发布“三体计算星座”计划,王坚重申了算力的重要性,表示未来经济发展将从电力经济转向算力经济,算力的成本实际上决定了创新的成本。
6月6日,之江实验室报告厅,“三体计算星座”首次发射任务团队获颁科研攻关贡献奖。
报告厅外,走廊上正在开展科学家精神展,著名科学家钱学森的介绍也在其中。钱学森是我国航天事业的重要奠基人,1956年初,钱学森向中共中央、国务院提出《建立我国国防航空工业的意见书》。同年,国务院、中央军委根据他的建议,成立了航空工业委员会,标志着中国航天事业的开端。
70多年来,中国航天事业成绩辉煌,神舟五号载人飞船成功发射开启首次太空载人之旅、北斗三号全球卫星导航系统正式建成、嫦娥六号在人类历史上首次实现月球背面采样返回……
回到之江实验室的“三体计算星座”指挥控制大厅,计算卫星发回的遥测数据已顺利回传,科学家们正在处理这些“新鲜且珍贵”的太空科研信息。
天基中心研究专家张鹏分享了一张“难得”的图片。照片摄于今年2月27日晚上9时8分,拍摄地点是嘉兴市的卫星总装基地。
画面中有2款不同构型的卫星,右边是编号为08的计算卫星,正准备吊装到振动台上进行力学实验。左侧是编号为01的计算卫星,它刚结束5天的测试实验。
这是张鹏和2颗计算卫星在地球上最后阶段的对望。而此刻,这些“造星者”们只能站在地球表面,隔着大气层,和“三体计算星座”遥相对望。
在之江实验室的任务清单中,还有很多等待升空的卫星:预计在2027年完成100颗卫星上天目标;2030年完成1000颗上天任务……
王坚在6月6日的颁奖现场,向全场讲了这样意味深长的一句话:“我们一生有很多次机会,能够做一件为自己负责的事情。但是,一个人很少有机会可以做一件事情,能够代表国家,为这个世界负责。”
“三体计算星座”背后所有科研人员、工程师和保障人员等,正在做的就是这样一件事。