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复旦大学科研团队研发“芯云”芯片开展天基物联网实验
将“太空垃圾”变成留轨智能应用平台

作者:姜澎来源:《文汇报》2017年12月06日发布时间:2017-12-06

未来我国天、空、地、海大尺度的万物互联网将有望通过卫星的信号传输来实现稳定、安全的全覆盖,而无需再依赖移动互联网。助力这一天基物联网形成的是原本该成为太空垃圾的火箭末子级。承担这一任务的“芯云”智能芯片载荷,由复旦大学完成自主研发后首次投入试验,截至昨天上午,已在太空稳定运行430小时,通过了首期考验。

“芯云”由复旦大学信息科学与工程学院院长郑立荣领衔的团队自主研发。在11月15日凌晨2时35分,随我国风云三号04星(FY-3D)在太原卫星发射中心由长征四号丙运载火箭成功发射升空。而搭载在长征四号丙运载火箭末子级的多个“芯云”载荷不仅将记录下这一火箭末子级的运行轨迹,还将为天基物联网的组网提供首批实验数据,未来,这些载荷将在太空自组卫星网络,为天基物联网提供服务。

据郑立荣介绍,过去每一次火箭发射后,随着一级火箭、二级火箭以及整流罩的脱落并返回地面,末子级火箭会随它的有效载荷一同进入轨道,并长期在太空中占据宝贵的轨道资源,对在轨空间飞行器造成安全威胁,是目前体量最大的太空垃圾,即便是正在实验中的火箭回收技术,也难以回收火箭的末子级。

为了解决这一问题,郑立荣的研究团队经过历时两年多攻关,对常规微纳卫星功能模块进行高度集成化与芯片化,硬件资源进行可重构和智能化设计,使其重量降至30克以内,整机结构重量降低到1.1千克,最终由复旦大学无锡研究院实现了他们的设计。据悉,这一芯片建立了具有类脑自主容错能力的架构,功耗和芯片面积大大减少。相关研究成果已在国际权威杂志上发表。

团队成员、复旦大学信息科学与工程学院微纳系统中心邹卓研究员说:“此次实验成功,意味着系统有望完全摆脱备用电池,仅需几片数厘米大小的太阳能板就可实现能量自治。”

复旦大学与航天八院双方研究人员在此次发射中安装了多组“芯云”系统,建成了首个末子级留轨智能应用平台。据航天八院的有关负责人介绍,在火箭发射任务相对频繁的当下,这种方法发射周期短、在轨数量多、载荷成本低等,对构建未来多轨道天基信息网络有重要的价值。

根据预定计划,团队已经完成在轨核心关键技术试验与验证,并转入到在轨长期管理阶段。随后双方研究团队将进一步开展组网和路由、传输控制协议等系列实,并对芯片的自主容错、动态重构等功能进行验证,对太空碎片的行为模型进行分析。

据项目指导、中国科学院院士、复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室主任金亚秋介绍,随着我国“一带一路”倡议和海洋强国战略的实施,利用广域物联网我国偏远地区、外围海域、热点地区等进行识别和监测的需求日益迫切。然而由于受到地球曲率的影响,地面和岸基物联网系统可覆盖的范围相对较小。而“芯云”技术能够覆盖视线外的广大区域,犹如伸出一条巨大的手臂,可操控与伸展的范围大大增加。    此次的新型物联网载荷系统,为我国后续在天基物联网、空间碎片监测、空间环境探测、高空地磁测绘等研究打下了坚实的技术基础,同时也是对火箭回收利用和太空碎片处理这项国际性公共难题的巧妙而极具意义的尝试。

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