之江实验室研发星载计算机升空，卫星“超强大脑”是如何炼成的？

9月24日上午，山东海阳市附近海域，一支穿云箭打破了蔚蓝海面和天空的宁静。万众注目下，搭载了八颗卫星的捷龙三号遥四运载火箭成功发射升空。

之江实验室天基计算系统研究中心科研副主任李超，紧紧盯着向天狂飙的耀眼光芒，他和团队半年来奋斗的心血——智加X2星载智能计算机，也正搭载于产自浙江、国星宇航的星时代-21号卫星随火箭一飞冲天。

升空之后，火箭将星时代-21号等卫星送入预定轨道。智加X2一旦开机启动，天上就多了一颗能看、会算的“智慧星”。

“捷龙三号遥四”运载火箭发射画面 图源：直播录屏

智能计算机上天：

卫星也可以在云上做“计算”

由之江实验室天基中心团队研发的的第二代星载智能计算机智加X2，黑色，如移动硬盘一般大小，拿起来掂量掂量，分量不轻。在智加X2上天前夕，记者来到之江实验室看到了这台星载计算机的“真身”。

星载智能计算机智加X2概念图 图片由之江实验室提供

“别看这不足1公斤的黑盒子小，里面可藏着32TOPS的算力，每秒能完成32万亿次的计算操作，”李超介绍，“它的功能就像天上卫星的‘大脑’，能实时智能处理星上遥感数据，也能进行系统软件故障自检和自恢复等。”

给卫星装上一个“算力大脑”，意义非凡。此前，天上的卫星像一个“无情的摄影机器”，会对地面上的情况进行连续不断地拍摄，然后等卫星过境中国时，将图像传到地面处理中心，进行图片分析和处理。受限于网络带宽限制，部分图像数据无法全部回传地面，整个数据传输处理过程时间长、效率低、准确性也没有保证。有了智加X2的存在，卫星可以从“天感地算”升级到“天感天算”，直接在轨道上处理和分析数据，通过智能算法实现对地球表面更为精细的观测和监测。

比如卫星遥望地面时，如果有浓厚的云层遮挡，智能算法能直接分辨减少拍摄；当地球的另一端，正发生严重的火灾事故，智能算法能够直接分辨类似的自然灾害问题，快速反应实时传输数据；又或者在农业领域，天上的智能计算机可以精准检测农作物的生长状况或产值，帮助农民优化种植方案，提高产量和质量……

除了实时高效、精确可靠的数据采集和分析能力，智加X2还能实现图像的智能压缩。“卫星拍摄一张图片可能需要占4-5G的存储空间，但我们在不影响图像质量的情况下，可以将图像压缩十倍有效减少带宽的使用和存储空间的占用。”李超说道。

装载在卫星上的智加X2 图片由之江实验室提供

最快的速度最低的成本：

半年迭代X1至X2

今年2月，智加X2的“前辈”第一代星载智能计算机已经搭载捷龙三号运载火箭飞上天空，半年时间里，智加X1运行情况良好稳定，已经开展了百余次测试，实现正常运行。

相较前一代，智能X2集成度更高，功耗降低了50%，体积和重量减轻了30%以上。航空航天材料要求高、成本高，李超告诉记者：“载荷重量能降低1g，和节约了1g黄金差不多。”

大幅度降低研发成本，并对功能进行升级迭代，仅仅用了半年时间，李超团队是怎么做到的？李超说：“之江实验室的优势，就是我们能以最低的成本和最快的速度去完成技术目标。”

今年，之江实验室探索建立了重点科研任务总体部制度，打造了太空计算系统科研任务总体部，跨中心、跨学科组建团队，实行技术线和行政线“双总制”。这样的体制机制有效提升了科研效率，提升了科研强度。

“我们也吸取了很多传统航天工程的优点，在自己需求的框架范围内，设计了一套适合自身技术产品的研制方法。”李超解释，比如之江实验室的优势在于智能计算，为了保证系统的安全性和可靠性，很多情况下都是通过软件设计去弥补硬件上器件的不足。“现在我们就用算法有效实现了系统在轨重启、自效验、容错等功能。”

李超和团队实验现场 图片由之江实验室提供

平均年龄30岁：

他们要在太空织密一张算力网

今年7月，当记者走进嘉兴卫星中试基地时，这里进行着星载智能计算机与卫星的联调联试工作。来自之江实验室的几个年轻人，穿着全套工作制服，正加急调试智加X2的运行功能。他们时而在电脑上调整一行行代码，时而走到一个银色大铁皮前，查看星载智能计算机的运行情况。

之江实验室科研人员与国星宇航科研人员合作攻坚 图片由之江实验室提供

之江实验室天基中心工程专员李世林告诉记者，这段时间他们在验证智加X2和卫星上各个软件间的适配功能，测试它的稳定性。“之前团队几名成员在四川进行功能开发工作，前一周晚上10点，大家收到了系统故障问题，第二天就赶来了嘉兴，要赶紧排查解决。”

李世林今年27岁，是团队的年轻力量，他说，到嘉兴以后，每天的日常就是酒店和基地两点一线。在测试阶段，因为要在特定的条件完成所有实验。对于研发人员们来说，加班到10点后，甚至通宵工作都是“家常便饭”。

“整个智加X2的主要研发团队平均年龄也仅在30岁左右，”李超说，“大家年龄小，有干劲，这份工作时常需要加班，靠的就是每一个人的责任心。”

但一群年轻人想要推动的是一个大星座的梦想。目前，之江实验室正在研发通过布局更多的星载智能计算机，未来，同样搭载智加系列计算机的太空计算系统“首发星座”将发射升空，希望在太空织起一张智能算力网。

李超介绍，“首发星座”中的十几颗卫星可以在天上相互连接，进行数据的分析计算，把有用的信息秒速级传回地面，将在智慧城市、智能交通、环境保护、灾害预警等多个领域发挥重要的作用。

“现有的技术，全球大部分的卫星都是‘单星作战’，就像一个风筝分别和地面连接，受限于地面基站数量和传输带宽，数据传输的效率较低，”李超说道，“而太空计算系统把所有的卫星连成一颗卫星，将大幅提升数据传输效率。”

当我们仰望星空，会眨眼的星星带给我们浪漫的盼望和希冀。以后，天空上还有更多代表智慧的“星星”带着科学家的努力，用最前沿的技术，为我们的交通出行、生命安全、劳动生产创造新未来。