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卫星也能装App?软件定义卫星如何让在轨任务更灵活
卫星也能像手机一样装App、升级功能？
这并非科幻。
软件定义卫星要做的，就是让卫星入轨后不必完全锁死在发射前的任务设定里。
在硬件资源和系统设计允许的范围内，通过软件更新、算法升级和任务配置调整，获得新的工作方式，让在轨任务更灵活。
从功能手机到智能手机，一个明显的变化是，手机的用途逐渐不再由出厂时预装的少数功能决定。
有了操作系统和应用程序，用户可以在应用商店安装新应用、更新软件，手机也不必为每一种用途设计对应的硬件。
软件定义卫星也有类似的思路。
卫星的硬件提供计算、通信、感知等基础能力，软件负责组织和调用这些能力。面对不同的任务，卫星有机会通过更新算法、调整参数或重新配置处理流程，改变部分工作的执行方式。
不过，卫星上的App与手机应用并不完全相同。卫星软件需要经过专门的研制、测试、验证和上注流程，不能像手机应用一样轻松安装。
科研人员进行测试｜图源科技日报
软件可以改变硬件资源的使用方式，却无法凭空增加硬件原本不具备的能力。计算能力、存储容量、供电条件和热控能力等，依然是卫星执行任务必须考虑的现实约束。
软件更新还涉及到版本管理、冗余备份、异常检测和故障恢复等问题。只有确保更新过程安全可控，卫星才能在获得新功能的同时，保持原有任务的稳定运行。
02 从传统卫星到软件定义卫星
卫星研制是一项复杂的系统工程。确定任务目标后，研制团队需要据此设计卫星平台、搭载相应载荷、配置电子设备，并完成软硬件接口设计和系统集成。
这种方式有明确的优势。各个分系统围绕既定任务开展设计，能够形成相对稳定的工作流程，满足卫星预定的功能和性能要求。
卫星研制现场｜图源中国日报网
不过，如果卫星入轨后出现新的任务需求，原有硬件配置和系统架构就可能限制调整空间。
软件定义卫星，正是试图为这种变化预留更多可能。
它强调软硬件解耦、计算与通信等资源的统一管理，以及应用软件的灵活扩展。简单来说，就是让不同的硬件资源能够通过统一的软件平台进行管理和调度，再由不同的应用程序根据任务需要调用这些资源。
举个例子，一颗遥感卫星原本执行地表成像任务。通过软件升级，它可能获得新的图像处理算法，也可以调整已有载荷的工作模式，让图像在星上完成更多处理，再将有用的结果传回地面。
这样一来，同一套硬件资源就有机会支持不同的任务流程，卫星的功能也能随着软件迭代得到扩展。
电建一号：进入“软件定义”时代｜图源天仪空间
不过，传统卫星并不是软件定义卫星的反义词。传统卫星同样可以进行软件更新，二者的区别在于系统架构对软件升级、资源调度和功能重构的支持程度。
软件定义卫星从设计阶段就更加重视软硬件之间的灵活协作，让软件能够在预先设计的边界内，承担更多任务组织和功能调整的工作。它的关键不只是“能够更新软件”，而是让系统具备更灵活地组织资源、调整功能的能力。
03 软件定义卫星正走向哪些应用
从单颗卫星验证软件更新能力，到在轨计算与功能重构，再到面向星座的系统化建设，软件定义卫星正在逐步拓展应用边界。
2018年11月20日，天智一号卫星发射升空。它是我国首颗专门用于验证软件定义卫星关键技术的试验卫星，整星重约27千克，运行在约500公里高度的太阳同步轨道。
天智一号采用开放式系统架构，核心是一套小型星载云计算平台。它能够接收地面上注的不同应用程序执行相应任务，例如通过星载App“星箭分离成像”和“对地成像”分别获取星箭分离时刻图像和地球表面图像。
天智一号｜图源网络
2023年1月发射的天智二号D星，则进一步探索了开放式计算架构和星载智能软件平台。它采用智能计算引擎、交换机与智能部组件相结合的开放系统架构，并将软件部署在统一的微云计算平台上，提高资源利用效率。
天智二号D星的应用软件可根据拍摄任务调整卫星姿态、根据光照条件调整成像模式和积分实践，利用AI技术对图像数据进行判云、去雾、开窗等在轨实时处理，自动选取地面站并建立连接，将处理结果在第一时间下传地面。
相比验证应用程序能否在轨运行，这颗卫星展示了软件平台如何组织计算资源、调度卫星功能，让不同应用共享同一套基础能力。
图源中科院软件研究所
2026年10月13日，天智星座建设启动，首期规划96颗多功能软件定义卫星，计划于2029年左右完成基础组网。从规划来看，天智星座希望把软件定义卫星的能力扩展到多颗卫星之间，卫星不仅要能够调整自身的任务功能，还要进一步探索星间协同、资源共享和在轨升级。
天硕·航天观察
软件定义卫星的每一次升级，都离不开存储的支撑。新程序需要写入星上存储，软件运行过程中产生的数据、任务结果以及需要保留的软件版本，也需要妥善管理。只有确保数据能够可靠写入、准确读取，并在发生异常时具备相应的检测与恢复能力，软件迭代才能持续进行。
与此同时，卫星长期运行在复杂的空间环境中，辐射可能引发存储数据错误，甚至影响电子器件的正常工作。随着星载计算和软件应用不断发展，存储系统需要兼顾容量、性能、数据完整性和环境适应能力，并通过纠错、冗余等设计提高运行可靠性。
软件定义拓展了卫星的任务能力，存储则为这些能力的持续运行提供可靠支撑。让数据存得稳、带得回、读得出，才能让每一次软件升级和每一项星上应用发挥应有的价值。
封面由AI生成，部分资料来源科学网、中国新闻网。
