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国防科大团队打造智能星座新架构,为全球空间治理提供新方案

当下,以SpaceX星链计划为代表的全球低轨卫星正处于迅速发展阶段,但一场太空即将被“挤爆”的危机悄然来临。目前全球各国向国际电信联盟申请计划发射的卫星数量已突破100万颗,预计到2030年低地球轨道卫星数量可能超过10万颗。

需要了解的是,近地空间存在明确容量限制——卫星间安全距离需保持50千米,这意味着低轨道最多仅能容纳17.5万颗卫星。若按当前趋势发展,卫星数量将突破安全容量极限,空间环境面临重大危机,同时将对地面天文观测造成严重干扰。近年来,《Nature》和《Science》等国际权威期刊已多次发布预警,呼吁关注空间可持续性问题。已有科学家提议暂停包括星链在内的大规模卫星发射计划,但目前尚未形成广泛认可的空间治理方案。

针对这一挑战,国防科技大学杨俊教授团队近期提出开放共享可持续巨型星座(OSSMC)方案。该方案通过“传感器+网络+智能计算”(SNAI)的智能卫星架构及智能天基系统(ISS)设计,显著提升资源利用效率和空间服务能力。值得关注的是,基于此方案仅需4.8万颗卫星即可实现传统100万颗卫星的服务效果,满足全球80亿人口需求。

该研究的创新性主要体现在三方面:首先突破卫星硬件架构。现有导航、通信、遥感卫星功能分离且硬件各异,研究团队通过“硬件标准架构+软件”方式,将传感资源、网络资源和智能计算单元拆解为标准资源单元,形成统一化新架构。这一革命性设计将传感资源覆盖度提升13倍,使单一功能卫星转变为多功能平台,大幅降低建设成本并提升资源利用率。

其次革新卫星服务范式。受互联网“全球一张网”理念启发,团队将卫星服务模式从传统的事前申请规划,转变为全球共享资源池动态调度。这种变革类似于网约车平台对出行服务的优化,使卫星服务更为高效便捷。

第三实现智能计算理论突破。通过卫星资源实体抽象、需求与资源动态映射及计算框架优化三重创新,使卫星资源调度不再依赖个性化功能调用,转而统一作为可利用资源处理。这一设计既防止太空资源私有化,又能确保可持续的和平利用。

研究团队自2016年提出“天基智能”概念,随着近年太空拥挤问题凸显,其研究不断深化。本次通过分析《Nature》《Science》等期刊数据及主流方案,形成系统性解决方案。评估显示:该方案使空间碰撞率降低28.7%,轨道碰撞风险评分降低53.15%;系统成本降低19.15%的同时提升星座覆盖范围;以非洲撒哈拉以南地区为例,网络覆盖率可从12%提升至85%。

相关成果以《开放共享可持续的巨型星座》为题发表于《National Science Review》,杨俊教授为第一作者兼通讯作者。审稿人评价该研究“主题及时,框架和分析极具价值”。该方案有望将大规模部署的低轨卫星转变为满足多样化需求的空间基础设施,据评估可使2030年全球在轨卫星数量减少70%,为太空创造新的可持续增长空间。

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