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澎湃新闻:太空垃圾搭载芯片变废为宝
复旦成功开展“天基互联网”试验

作者:周航来源:澎湃新闻 2017年12月04日发布时间:2017-12-06

升天进入太空轨道后,完成任务的末子级火箭,原本会是太空垃圾,但搭载小小的芯片,它即可成为极低成本的科学实验和通信平台,未来还能连结成一张巨大的“天基互联网”,实现天、空、地、海大尺度的万物互联。

2017年11月15日凌晨2时35分,风云三号04星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,复旦大学自主研发的“芯云”智能芯片随之首次入天,成功开展“天基互联网”试验,将末子级火箭“变废为宝”。

此前,每一次的火箭发射后,随着一级火箭、二级火箭以及整流罩的脱落并返回地面,末子级火箭会随着它的有效载荷一同进入太空。这些设备占据了宝贵的轨道资源,也是目前体量最大的太空垃圾。

据航天八院相关负责人介绍,这是我国航天史上,首次在末子级火箭上实践了这一拓展应用。

研究人员在太空测评工程中心现场,进行各项实验和验证。

芯片重量不到30克

芯片的轻便是搭载上天的前提。据12月4日复旦大学召开的新闻发布会介绍,两年多时间里的联合攻关,最终搭载上天的芯片重量降在了30克以内,整机结构重量降至1.1千克。

在风云三号04星发射中,复旦大学与航天八院双方研究人员安装了多组这种芯片系统,建成了首个末子级留轨智能应用平台,开展天基物联网实验。

截至2017年12月4日,该系统已经在轨运行430小时。运行期间,物联网试验节点与地面网络通信稳定,回传空间监控数据以及接收地面控制指令等功能运行如初、状态良好。

项目指导、中国科学院院士金亚秋介绍,随着我国“一带一路”倡议和海洋强国战略的实施,利用广域物联网对我国偏远地区、外围海域、热点地区等进行识别和监控的需求日益迫切。

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。“芯云”技术则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。

团队组长、复旦大学信息科学与工程学院教授郑立荣介绍,在火箭发射任务相对频繁的当下,这种方法具有发射周期短、在轨数量多、载荷成本低等众多优势,对构建未来多轨道天基信息网络具有重要的价值。

“我们希望以后每一个火箭都能搭载‘芯云’,这样所有的大型太空垃圾都能连结成网络,”郑立荣说,作为应用价值之一,这一网络能在海岛监管、石油钻井无人值守等领域,有效发挥出作用。

郑立荣展示“芯云”智能芯片。

自主容错、能量自治

小小的芯片背后,有着不少的科技创新成果。

据新闻发布会介绍,“芯云”集成了传感器接口、数字采样、高可靠处理器、多种信息加密技术、智能电源管理技术,以及丰富的数据接口和网络通信协议等,是一款集成度高、功能完备、自主可控的芯片卫星SoC。 

受脑可塑性原理启发,复旦大学研发团队在全球最早提出了类脑自主容错概念。研究表明,这种架构相比传统多模冗余技术更可靠,且功耗和芯片面积可以大大减少。

根据预定计划,目前研究团队已经完成了在轨核心关键技术试验与验证,并转入到在轨长管阶段当中。随后复旦与航天八院双方研究团队还将开展组网和路由等一系列实验,分析太空碎片的行为模型等。

在轨试验还将进一步验证芯片的自主容错、动态重构、能量自治等功能。

“如实验成功,系统有望完全摆脱备用电池,仅需几片数个厘米大小的太阳能板就可实现能量自治。”团队成员、复旦大学信息科学与工程学院微纳系统中心研究员邹卓说。

 

 

 

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