太空链技术：SpaceChain OS与智能卫星

未知來源閱讀 41 2018-1-19 07:32

SpaceChain OS是一款针对航天器设计、优化的嵌入式实时操作系统（RTOS）。航天器软件的发展趋势及嵌入式实时操作系统的特点，决定了航天器软件开发中将会越来越多的使用嵌入式操作系统，而引入RTOS将也带来航天器软件开发的一次技术变革。

SpaceChain OS极大地简化了开发的难度和流程，对航天器的能力可以开展充分的利用，提高了使用效率，并且还能有效地降低太空应用成本。类似Android一样，所有人使用同一个软件平台，带来的低成本高效率是显而易见的。开发一个Android应用程序，可以运行在全球几十亿部Android设备上，同样的场景，也会发生在航天领域。

SpaceChain OS介绍篇目详见：太空链SpaceChain OS：针对航天器设计、优化的操作系统

SpaceChain OS在航天领域的不同航天器中都有很强的应用场景，今天我们先推出SpaceChain OS在航天领域应用的第一篇：SpaceChain OS与智能卫星。

卫星是一个我们大家都熟悉的概念，全名是人造地球卫星，是人类制造的通过运载火箭等形式发射进入太空，以特定的轨道绕地球转动，并完成特殊任务的航天器。目前来讲，卫星的特定任务除了军事应用、科学探索应用，对地面的应用主要包括：通信、导航及遥感三大方面。

智能卫星是一个我们不熟悉的概念，什么是智能卫星呢？我们来简单介绍一下。

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智能卫星概念的发展

美国国防部早在20世纪90年代就提出了模块化开放体系架构（MOSA）的概念，智能卫星的概念有了雏形。

MOSA的核心思想是：首先通过软硬件解耦将系统分解为一系列标准化的软硬件模块，然后再通过对这些软硬件模块进行不断的升级和重组，逐步提升整个系统的效能。采用MOSA架构的设备，不但便于引入新技术、升级改造，而且由于可选择的供应商多，也便于控制和降低成本。美军基于MOSA，对其电台和雷达进行了智能化升级和改造，都取得了良好的效果。

2008年，欧空局（ESA）的专家也提出了“软件定义有效载荷”（SDP）的概念，实质上是在完成卫星有效载荷的智能化。

软件定义有效载荷由星载硬件和软件技术组成，可以在飞行中针对多种不同的场景重构卫星有效载荷，从而能够很好地降低刚性配置载荷的运行风险，同时提高有效载荷的可重构、可再生能力。哈里斯公司在NASA的空间通信和导航（SCaN）计划下开发出一种称为“AppSTAR”的航天软件定义有效载荷体系结构，并以此为基础研发了多种具有航天应用资质的太空软件定义有效载荷产品，例如Ka波段软件无线电台、合成孔径雷达和广播式自动相关监视（ADS-B）接收机等，并取得了很大的成功，为卫星的智能化拉开了序幕。

发展到今天，智能卫星被认为应该具有如下典型特征：

1、需求可定义：卫星可根据需要重构整个系统，可灵活响应多种不同的空间任务需求，能够满足通信、导航、遥感、科学探测等多种应用场景，提供多种功能，完成多种任务。

2、硬件可重组：卫星采用开放系统架构，具有丰富的接口形式，支持各类有效载荷的即插即用，可以根据任务需求进行有效载荷、计算资源、交换资源、存储资源的重组。

3、软件可重配：卫星具有一致的程序执行环境，具有丰富的应用软件，可以根据任务需求动态配置和执行不同的APP，完成不同的任务。

4、功能可重构：通过接入不同的硬件部件、加载不同的软件组件，即可快速重构出不同的功能。

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智能卫星的内涵

智能卫星的核心是软件操作系统和硬件计算平台：

其操作系统需要具备强大的容错能力，并对上屏蔽底层硬件细节，为应用程序提供一致的执行环境，支持各类软件组件、硬件部件的即插即用和动态配置；

其硬件计算平台需要具有强大的计算能力和丰富的接口形式，集成传感器、执行器、通信单元等各类有效载荷。

智能卫星是以操作系统为核心的开放式系统，符合标准的软件组件和硬件部件都可以在平台上平滑迁移、无缝接入和灵活重用，迅捷地扩充整个系统的能力。通过灵活增加、减少、改变系统的软硬件组成，配备多种有效载荷、加载丰富的应用软件，动态构建出能够满足各种任务需求的卫星系统，进而完成复杂多变的空间任务。简而言之，智能卫星就是在一个标准化硬件平台上运行一个具有强大容错能力的操作系统，基于这个操作系统，可以开发各种类型的APP开展卫星的应用，就像Android智能手机一样，在保证通话的前提下，充分利用各种传感器，丰富系统能力，智能卫星在太空也做这同样的事情。

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SpaceChain OS与智能卫星

可见，智能卫星的核心是操作系统，SpaceChain OS正是为航天器打造的可靠的实时操作系统。SpaceChain OS以区块链沙盒技术为安全基础，通过打造丰富的应用软件，能够按需重构完成不同功能/任务，被大众用户共享使用，

太空链技术：SpaceChain OS与智能卫星 (2)

其意义主要体现在以下三个方面:

1、实现卫星智能化功能和性能的持续演进

智能化要求卫星具有自主感知、决策和运行能力，通过数据信息处理完成复杂的空间任务。卫星采用SpaceChain OS操作系统，可以在空间任务日益多变、恶劣的空间环境下，对发射入轨之后的卫星不断进行升级和维护。通过在轨APP，把各种强大的新算法不断地集成到卫星系统中，提升卫星的性能，或对出现的卫星故障进行修复。除了能够完成既定的任务，还可以通过上注软件完成一些新出现的空间任务，实现卫星功能持续演进。

2、提高了卫星的安全性和可靠性

操作系统解除了卫星系统软硬件之间的紧耦合关系，使得符合标准的软件组件和硬件部件可以互换，而同时又集成了区块链技术的安全沙盒，利用虚拟化等软件隔离技术，提高了航天器安全性。而且通过区块链安全沙盒的搭载，任何开发者都可以在航天器上有一个安全的环境来开发他们的应用程序，且保证各应用程序之间的相互安全和下层操作系统的运行安全，最大程度上保障了卫星的在轨安全。这也为卫星的可靠性创造了更好的条件。

3、推广区块链应用

SpaceChain OS中将移植区块链公链技术，基于相应公链技术的智能合约及Dapp都可以在SpaceChain OS上平稳运行。这就意味着这些Dapp可以在智能卫星上运行，通过卫星平台，极大的扩展应用的范围和应用的种类，就像智能手机端的应用数量是PC端应用数量的数十倍，智能卫星作为新的应用平台必将迸发出更强大的活力，同时区块链应用的引入，也将成倍增加卫星应用市场。目前我们已经在SpaceChain OS中移植了Qtum量子链技术，未来Qtum量子链上的Dapp都可以在太空链智能卫星上应用。

总之，SpaceChain OS以其独有的安全性及区块链应用的兼容性，必将为智能卫星的发展提供前所未有的动力，为卫星应用产业开拓新市场，打开区块链“星”世界。

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我们后续也将继续推出SpaceChain OS在航天领域应用的介绍篇目，请持续关注太空链SpaceChain公众号。

[ 太空链介绍篇目索引 ]

太空链Vol.1 | 引子：寻找太空探索共识机制

太空链Vol.2 | 干货：太空链任务及展望

太空链SpaceChain OS：针对航天器设计、优化的操作系统

太空链技术：SpaceChain OS与智能卫星 (3)

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