【华西军工】软件定义卫星:AI+航天新突破

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核心观点

► 软件定义卫星:硬件标准化、功能软件化

软件定义卫星是指以计算为中心,以软件为手段,通过软件定义无线电、软件定义载荷、软件定义数据处理计算机、软件定义网络等手段,将传统上由分系统实现的通信、载荷等功能以软件方式实现,总体上将各类敏感器和执行机构通过软件连接为一个整体,最终实现大部分卫星功能的软件化。将应用任务与卫星硬件设计解耦,便于通过软件实现卫星功能的在轨重构,支持应用软件按需加载,因此卫星可以在不同空间、不同时间扮演不同角色,为不同用户服务。

► 软件定义是卫星智能化的关键,是大势所趋

软件定义方式助力卫星实现在轨计算、自主决策、任务规划等功能,并有效降低研发成本、缩短研发周期:1)将智能计算平台集成在卫星/火箭上成为"大脑",便可承载姿态控制、星座管理、任务调度、图像处理等各类APP。2)通过软件最大化、硬件最小化,有助于降低卫星的研发成本、缩短其研发周期。软件易于迭代和复用,通过更改、优化软件即可满足多种多样的应用场景和需求。3)更多的工作直接在太空中完成,在星上就可以对数据进行及时识别和处理,而不是回到地面中心,这大幅提高了效率,减少了低效的星地数据传输,直接向地面提供加工后的业务数据。4)软件定义卫星是适应未来多域智能网联、装备体系化应用的新理念,以满足应对突发事件的快速响应和分布式多域协同作战需求。

► 欧美纷纷布局软件定义卫星,启动商业航天新纪元

欧洲于2021年发射世界首颗完全软件定义卫星“量子”卫星,具备改变卫星覆盖范围、频段、功率和带宽的能力,从而响应服务需求变化。据欧洲空间局官网2022年公告,“量子”卫星用于数据和移动通信的八个波束中的六个已出售给包括政府和其他用户在内的组织。

洛马公司推出最新智能卫星软件定义架构,将低轨卫星与预警卫星连接,使高超声速武器跟踪、导弹防御系统和太空信息中继融为一体。该技术不仅限于洛马公司新发射的卫星,该公司5年前交付的在轨卫星也能实现在轨任务调整。

SpaceX充分利用软件定义技术的优势,实现了高速卫星互联网星座Starlink、可靠的商业载人龙飞船、经济高效的一箭60星与可回收火箭技术等。据网易科技报道,SpaceX软件工程师曾于2020年表示,当时SpaceX每月向太空发射60颗“星链”互联网卫星,每批卫星都携带有4000台精简版Linux电脑。据悉,载人龙飞船运行的也是Linux系统,SpaceX自行开发能与自家硬件交互的定制驱动程序,从而形成一个分布式计算机系统。

► 国内软件星发射成功,居国际一流水平

国内杨小牛院士最早于2002年提出“软件星”概念,致力于发展一种能够将通信、侦查、干扰融为一体多功能卫星。2014年开始,中科院软件所牵头组织上海微小卫星工程中心、中科院西光所、光电院、航天科技集团771所等单位开展了软件定义卫星技术的研究工作。2018年发射“天智一号”,目前已成功开展星箭分离成像、自主请求式测控、空间目标成像等10多项试验,涉及智能测运控、智能信息处理等不同领域。如通过云检测软件,“天智1号”卫星可剔除云层遮挡的无效图像,数据下传效率提高72%。天智超算系统型谱验证样机于2022年升空,单机在轨计算性能提升了4倍,达到国际先进水平。“天智二号”D星于2023年1月发射,仅重19公斤,星载算力却高达每秒40万亿次,可支持星上超分,实现米级对地分辨率。

此外,软件定义卫星技术联盟于2022年发布64800颗虚拟卫星的共享星座共建计划,将承载数以百万计的应用软件。据澎湃网,软件定义卫星技术联盟秘书长表示,按每颗虚拟卫星平均每天可以获得1万元的订单计算,则总的订单规模将高达2365.2亿元。考虑到全球有14.2亿辆汽车、3409万艘航船、56.4万架飞机,还有30亿人没有接入互联网,如果这些人、车、船、飞机都能成为虚拟卫星的用户,按每天每人每车每船每飞机收1元服务费,其总收益将高达1.6万亿元。

投资建议

目前,软件定义卫星仍处于初期验证阶段,国内主要由中科院软件所牵头,体制内院所及民营企业共同参与研制。但算法优先的卫星系统设计理念已是大势所趋,发展在轨数据处理、自主规划、协同组网等智能算法至关重要。未来在空天地一体化信息网络建设需求下,卫星将持续朝着软件化、智能化方向演化,人工智能技术将在其中发挥重要作用。AI+航天的融合和探索将持续创造新可能,进而推动卫星产业链的加速发展。

卫星产业链主要受益标的:普天科技天奥电子臻镭科技铖昌科技等。

风险提示

研制进度不及预期等。

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正文

1.软件定义是卫星智能化的关键,是大势所趋

1.1.软件定义卫星:硬件标准化、功能软件化

软件定义卫星是一种以天基超算为基础的开放架构的智能卫星系统,拥有丰富的星上应用软件,能够按需重构完成不同功能、任务,可以被众多用户共享使用,为众多用户提供服务。软件定义卫星是指以计算为中心,以软件为手段,通过软件定义无线电、软件定义载荷、软件定义数据处理计算机、软件定义网络等手段,将传统上由分系统实现的通信、载荷等功能以软件方式实现,总体上将各类敏感器和执行机构通过软件连接为一个整体,最终实现大部分卫星功能的软件化。将应用任务与卫星硬件设计解耦,便于通过软件实现卫星功能的在轨重构,支持应用软件按需加载,因此卫星可以在不同空间、不同时间扮演不同角色,为不同用户服务。

软件定义的核心在于硬件资源标准化和功能服务软件化。软件定义赋能硬件,硬件作为标准件服务于软件。从信息技术领域的上层应用下沉到更底层的计算基础设施,通过改造基础架构,用软件定义硬件,硬件服务于软件。开放的架构将硬件视为标准的中间件,则可以低成本支持各类载荷的即插即用。在生产制造环节,同样的架构和生产线,核心处理硬件不变,光学卫星、SAR卫星、导航卫星、辐射探测卫星,装卫星和组装台式机没有区别。这一技术思想正在推动卫星系统从平台优先向载荷优先转变,进而向算法优先演进,软件定义技术将成为未来卫星技术发展的重要驱动力

开放卫星应用平台,提供定制卫星功能。软件定义卫星借鉴智能手机的研制开发模式,可以理解为,开发一个适用于卫星的类Android操作系统,构建软件定义卫星生态环境,通过该环境可以最大化地吸引各类开发人员、吸收不断更新的各类优秀开源软件,为软件定义卫星体系结构中的各层次、各模块提供自发展、自完善的机制。通过构建软件定义卫星开发工具链,可方便各类开发人员对相关软件进行编码、调试、测试、安装及部署等。在此基础上,建立航天应用App商店,向各类客户提供卫星应用App定制服务平台,方便客户根据自身需要购买或定制特定卫星功能的App应用,从而建立完善的软件定义卫星生态环境体系。

软件定义方式助力卫星实现在轨计算、自主决策、任务规划等功能,并有效降低研发成本、缩短研发周期:1)将智能计算平台集成在卫星/火箭上成为"大脑",便可承载姿态控制、星座管理、任务调度、图像处理等各类APP。2)通过软件最大化、硬件最小化,有助于降低卫星的研发成本、缩短其研发周期。软件易于迭代和复用,通过更改、优化软件即可满足多种多样的应用场景和需求。3)更多的工作直接在太空中完成,在星上就可以对数据进行及时识别和处理,而不是回到地面中心,这大幅提高了效率,减少了低效的星地数据传输,直接向地面提供加工后的业务数据。4)软件定义卫星是适应未来多域智能网联、装备体系化应用的新理念,以满足应对突发事件的快速响应和分布式多域协同作战需求。

1.2.算法优先时代来临,软件定义卫星技术应运而生

卫星系统的研制经历了平台优先、载荷优先和算法优先三大阶段。根据《软件定义卫星技术概念及发展》,当前,以美国为代表的航天大国已经实现载荷优先,正在逐渐向算法优先阶段演进。而中国仍处于平台优先向载荷优先的过渡阶段,并在算法优先方面做了一些初步探索。

在平台优先阶段,卫星平台是整个卫星系统的首要约束条件。早期,卫星平台在整个卫星系统的研制成本中占据绝大比例,其承重、供电等能力也是有效载荷设计的重要约束。而有效载荷、业务软件等都需要适配现有的平台能力,必要时还需进行功能降级或约简。根据《《软件定义卫星技术概念及发展》,经过多年的应用验证,各大厂商均形成了谱系化产品,以满足不同的载荷质量与功率需求。

载荷优先的研制方式能使卫星实现特定功能,但无法在轨复用,灵活性较差。随着对地观测、通信保障等任务在分辨率、幅宽、大容量、低时延等方面的需求不断提升,极大促使了星上合成孔径雷达天线、相控阵天线及可展开光学成像系统等载荷的快速发展。而现有谱系化平台在尺寸、功耗等方面越来越难以满足需求,在发展新体制卫星平台的同时,围绕特定载荷制造卫星成为了主要发展趋势,卫星系统迎来载荷优先阶段。在载荷优先阶段,关键载荷成为整个卫星系统设计的首要约束条件,卫星平台在必要时可以根据载荷需求进行改造,甚至为其重新定制平台,平台软件也需要适配该载荷。此外,关键载荷通常采用硬件和软件一体化设计,软件以载荷的固件形式存在,灵活性较差,多个载荷之间也相对独立,载荷数据无法在轨复用,这些都限制了硬件效能的充分发挥。

发展在轨数据处理、自主规划、组网协同等智能算法成为新的发展方向。随着存储和传输的数据量大、数据时效性较差、任务可扩展性低等问题的出现,发展在轨数据处理、自主规划、协同组网等智能算法,并围绕核心算法开展卫星系统的设计与研制,成为重要发展方向。与功能固定的有效载荷相比,星载智能软件算法可以根据体系应用需求在轨调整,在不改变现有硬件的前提下,实现任务灵活适变、体系动态重组,从而有效提升航天任务满足率和体系效能。因此,确立软件算法的核心地位,而将传统的机/光/电等硬件资源作为基础保障条件,将更能适应未来体系应用的需求。在算法优先阶段,算法将成为整个卫星系统的首要约束条件。为了适应不断变化的任务需求,星上算法需要更多的计算资源、更灵活的重构能力,这将反过来对计算、传感等载荷的设计提出强制性约束,并进一步对平台能力提出要 求。此时,卫星及星座的功能和灵活性都大幅提升,在整个任务体系中,地面端与卫星端各司其职、互相配合,共同提高航天任务满足率。

在这种需求背景下,软件定义卫星技术应运而生。具体而言,软件定义卫星技术,是要实现硬件资源虚拟化、系统软件平台化、应用软件多样化,用软件来定义卫星的功能、提升卫星的性能、加速卫星的生产,最大限度地发挥硬件的通用性和软件的灵活性。在卫星的选择上,主要基于微纳卫星。微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短,可编队组网,以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势,已被广泛试验应用于对地观测、通信、导航、空间科学探测、空间天气、深空探测和新技术试验等领域,成为空间系统的重要组成部分。

1.3.系统架构是软件定义卫星技术的基石,智能应用是其灵魂

良好的系统架构是软件定义卫星技术的基石,其明确了卫星系统中的部件要素及其相互联系。软件定义卫星技术不止限于卫星个体上的技术,而是着眼于卫星前端、地面支撑、体系应用有机结合的全方位生态构建解决方案。软件定义卫星技术的研究内容大体可分为4个方面,分别为系统架构技术、共性基础支撑技术、智能应用技术,以及上述技术的标准和规范制定等。软件定义卫星采用开放的系统架构,以高性能星载计算平台为核心,通过接入不同的有效载荷(传感器、执行器、通信载荷等),加载不同的软件,快速重构出具有不同功能的卫星系统。借助高性能星载计算平台强大的计算能力,将有效载荷的部分功能通过软件实现,并最终实现有效载荷的虚拟化。

如使用异构高性能星载计算技术。将CPU、GPU、DSP、FPGA等不同种类的分布式计算单元“强强联合”,形成逻辑上一体化的高性能计算资源池,并可对资源进行弹性分配,从而为星载智能应用的部署和运行提供通用的、可扩展的、高效灵活的星上计算环境。美国NASA曾将其异构计算系统SpaceCube用在超光谱仪、SAR等新科学任务中,在降低功耗成本的同时提升了10~100 倍计算能力

智能应用是软件定义卫星技术的灵魂。在巨型星座或深空环境下,地面站难以实时大范围地参 与到各卫星节点的信息处理回路中,因此星载软件是感知环境、规划运行、控制行动的主体,航天任务满足率受算法智能化水平的直接影响。智能应用技术具体可分为感知、控制、规划3个层面,每个层面又包括很多应用场景。

1)智能感知。智能感知是要借助星上强大计算能力,实现面向雷达、光学、无线电等多种载荷的数据处理及智能融合算法,提高感知时敏性,降低星地通信传输压力。然而,受限于星上的计算能力,目前星上感知处理集中在预处理、目标检测等较少领域,将来的智能感知是计算机科学、数据 科学和认知科学的融合,采用人工智能技术实现目标提取、目标认知、变化检测、热点事件检测等多领域应用。“天智一号”卫星通过星上实时智能云检测及图像质量判读,可实现无效积云数据的预先剔除,将下传效率提升72%,初步窥探了智能感知的效用。

2)智能控制。卫星控制不仅依赖动量轮、推进器、机械臂等物理执行机构,更需要算法的支撑。目前星上的姿控、温控等基本控制多以经典的PID控制算法为主,更加高层次的任务运行则需地面控制中心通过测控链路进行管控。其中,经典PID控制系统属于预置式控制系统,对复杂、时变环境的适应能力较差;地面遥控方式更是增加了地面运维压力,并非常依赖测控链路的稳定性,具有严重的安全隐患。因此,不仅需要研究模糊系统、强化学习等智能控制理论,在传统的姿轨控、温 控、能控等方面实现自主调节,还需要研究环境认知与交互控制技术,实现更加智能化的行为,如自我故障修复、自主防卫、太空碎片清理等。

3)智能规划运行。卫星的规划运行,是在满足卫星任务约束的情况下,为给定的一组任务生成卫星的远程控制序列,从而达到高质量完成用户请求处理的目标。当前任务执行的控制序列主要在地面生成,通过构建任务规划的模型并对模型中的优化问题进行求解,从而生成卫星任务规划结果并上传至星上执行。未来的智能规划,将根据地面站制定的宏观任务目标,由卫星个体甚至星座整体对自身的任务序列做出规划,并根据实际情况及时调整,降低卫星运行对地面站的依赖,缩短突发状况下的应急响应时间。

2.欧美纷纷布局软件定义卫星,启动商业航天新纪元

2.1.欧洲发射首颗完全软件定义卫星,打通商业化路径

欧洲于2021年发射世界首颗完全软件定义卫星,开启商业卫星服务新纪元。国外在基于软件定义重构卫星功能的先进概念和基础理论方面已开展了十多年的探索。2015年,欧洲通信卫星公司和欧洲空间局签订合同,开始研制新型“欧洲通信卫星量子”( Eutelsat Quantum)卫星 ,迈出了基于软件定义重构卫星功能工程实践的关键一步。该卫星属于“完全软件定义卫星”,具备改变卫星覆盖范围、频段、功率和带宽的能力,其覆盖区域可通过软件实现重新定义,卫星功率和带宽也可在轨重新配置,从而响应服务需求变化; 配置的相控阵天线可通过地面指令控制波束指向,且卫星在Ku频段频率可调,因此,不受国际电信联盟对不同地区频段规定的影响。2021年7月,首颗“量子”卫星成功发射入轨,发射质量3500kg,采用全Ku频段,容量6Gbps~7Gbps,设计寿命15年。

“量子”卫星商业运营顺利,示范作用凸显。据新浪网,Eutelsat Quantum是英国的一个旗舰项目,大部分卫星由英国工业界开发和制造。空客公司是主承包商,负责建造该卫星的创新有效载荷,而Surrey卫星技术有限公司则制造了新的平台。创新的相位阵列天线是由空中客车公司在西班牙开发的。欧空局伙伴关系项目开发可持续的端到端系统,直至在轨验证。据人民网,欧洲通信卫星公司表示,通过向客户提供的软件,这些更改可以在“几分钟内”完成。这意味着卫星可以为飞机或远洋船只等移动物体提供移动信号覆盖,或者在自然灾害或突发性事件后提供移动信号覆盖。据欧洲空间局官网2022年8月公告,欧洲通信卫星公司已将“量子”卫星用于数据和移动通信的八个波束中的六个出售给包括政府和其他用户在内的组织,预计全部卫星容量将在未来几个月内出售。

2.2.洛马最新架构连接武器跟踪、导弹防御与太空信息中继

洛马公司推出最新智能卫星软件定义架构,将低轨卫星与预警卫星连接,使高超声速武器跟踪、导弹防御系统和太空信息中继融为一体。据《洛马公司智能卫星软件定义架构技术方案研究》,美国洛马公司在2019年推出了名为智能卫星的软件定义架构,将网络技术与航天技术有机结合,形成新一代航天技术,支撑卫星在轨任务调整。洛马公司于2020年获得美国太空发展局(SDA)名为“传输层0期”的通信星座合同,要求在两年内组建一个由10颗低轨中继卫星组成的网状星座。该合同发射的卫星全部使用SmartSat,通过应用程序快速动态调整星座卫星任务,该星座将与预警卫星连接,使高超声速武器跟踪、导弹防御系统和太空信息中继融为一体。该技术不仅限于洛马公司新发射的卫星,该公司5年前交付的在轨卫星也能实现在轨任务调整。这意味着洛马公司可以整合此前发射的定制化卫星平台,实现一种全新的卫星平台型谱。

从洛马公司目前申请的专利看,洛马公司利用一个低轨道卫星星座与其他较高轨道的星座实现任务配合,或作为较高轨道星座的中继卫星,或执行部分任务将数据传输给较高轨道的星座或地面指控中心;低轨道星座根据任务要求接收和传输不同传感器获取的任务信息给机载平台,如无人机、战斗机、飞艇等;为了更好地发挥软件定义架构的作用,洛马公司设计了一系列的资源调配和管理评价指标,为了最大限度实现任务要求,搭载了SmartSat软件定义架构的卫星星座,可以通过任务窗口设置、调整卫星轨道高度、卫星之间距离等途径实现伪地球同步卫星等功能。

2.3.SpaceX充分利用软件定义技术,加速迭代优化生态

SpaceX尽管未有发射“完全软件定义卫星”的计划,但其充分利用软件定义技术的优势,实现了高速卫星互联网星座Starlink、可靠的商业载人龙飞船、经济高效的一箭60星与可回收火箭技术等。据网易科技报道, SpaceX软件工程师曾于2020年透露,当时SpaceX每月向太空发射60颗“星链”互联网卫星,每批卫星都携带有4000台精简版Linux电脑。据悉,载人龙飞船运行的也是Linux系统,SpaceX没有使用第三方的Linux系统,而是自行开发能与自家硬件交互的定制驱动程序,从而形成一个分布式计算机系统。据新浪财经,SpaceX打破了此前创下的轨道火箭发射年度纪录,在2023年成功完成了96次发射任务,平均发射速度达到每四天一次。截止2023年底,星链卫星发射总数已经突破5000颗。其采用动态频谱共享、自动避障等一系列先进的软件算法,显著提高了大规模星座的应用效能和安全性。

3.国内软件星发射成功,天基智能再进一步

3.1.“天智卫星工程”启动,国内软件星研制居国际一流水平

国内较早开始软件定义卫星概念发展及工程研制。国内来看,杨小牛院士最早于2002年提出“软件星”概念,其致力于发展一种能够将通信、侦查、干扰 融为一体多功能卫星,现已取得了一定的技术进展。2014年开始,中科院软件所牵头组织上海微小卫星工程中心、中科院西光所、光电院、航天科技集团771所等单位开展了软件定义卫星技术的研究工作,包括体系架构、试验平台、技术规范等,并取得了一定的成果。其中,中科院软件所承担并完成了卫星开放系统架构设计、“天智一号”试验卫星总体方案论证等工作,并在天基超算平台、星载操作环境软件定义有效载荷、星载APP等方面均取得了一定的技术进展。为了更好地发展软件定义卫星技术,2017年中科院软件所等30余家单位成立了软件定义卫星技术联盟。

“天智一号”于2018年发射,完成多项在轨试验,为提升卫星的功能灵活性和任务满足率提供新的技术路径。“天智一号”具有三大特色优势,一是智能程度高,其搭载的能耗低、计算能力强的小型云计算平台能在严酷的太空环境下根据需要智能调配计算节点,卫星所获大部分数据处理均可在轨完成,根据需要下传地面;二是卫星为开放型系统,用户可以开发适合不同卫星平台的航天软件,并推出“航天应用商店”,以丰富空间生态应用,让用户有更多选择。三是卫星的实时状态,用户可以通过“追星APP”访问查询,并指挥卫星在轨实时执行“太空自拍”等空间任务。

“天智一号”可以在轨完成大部分数据处理,数据下传效率提高72%。据光明网,从“天智一号”在轨运行至2019年底,已成功开展星箭分离成像、自主请求式测控、空间目标成像等10多项试验,涉及智能测运控、智能信息处理等不同领域。根据中科院软件所官网,实时智能云检测及图像质量判读在轨试验中,通过“星上实时智能云检测及图像质量判读”软件,“天智1号”卫星可剔除云层遮挡的无效图像,数据下传效率提高72%。卫星的运行和数据下载如果耗费大量时间,就难以适用实时场景。通过星载平台的快速判读,将大量减少星地之间上行、下行的无效数据,并提高有效数据的处理质量。试验结果表明,天智一号可以在轨完成大部分数据处理,根据成像场景自动选择最佳的工作模式和参数,并检测和识别图像下传地面。通过判读,遥感的照片被“择优录取”,高质量的图片才会传到地面基站。

天智超算系统型谱验证样机于2022年升空,单机在轨计算性能达到国际先进水平。天智工程所使用的卫星模型称之为CACAS (Computing platform, Apps, Communicators, Actuators, Sensors),即任何卫星都包含若干传感器(Sensors)、执行器(Actuators)和通信单元(Communicators),并以计算平台(Computing platform) 为核心,支持多种多样的应用程序(Apps)。CACAS模型是典型的开放系统架构,以通用计算平台为核心,通过接入不同的有效载荷,加载不同的Apps,即可快速重构出具有不同功能的卫星系统。2022年首台天智超算系统型谱验证样机随低轨道量子密钥分发试验卫星发射入轨,其在系统硬件层面,采用CPU与FPGA混合6U架构,选取货架产品,支持星内高速互联。根据中科院软件所官网,其与2018年11月成功发射的首颗软件定义卫星“天智一号”相比,单机在轨计算性能提升了4倍,达到国际先进水平。

“天智二号”D星于2023年1月发射,星载算力高达每秒40万亿次。根据中国科学报援引的天智系列卫星总设计师赵军锁介绍,“天智二号”D星体积小、重量轻,整星仅19公斤重,但星载算力却高达每秒40万亿次,可支持星上超分,实现米级对地分辨率。根据中国科学报,“天智二号”D星将首次在轨开展新一代智能卫星架构与天基智能软件栈验证试验,评估多方算法及模型的在轨应用效能,并持续开展天地联合智能软件栈开发运维一体化(DevOps)能力验证。根据中科院软件所官网,“天智二号”D星在软件方面首次采用了开放系统架构的天智软件栈,包括元操作系统、数据治理框架、节点治理框架、应用治理框架和各种应用程序。天智软件栈的核心是承担星上资源综合集成与编配管控功能的治理框架,对下可以综合集成各种底层资源,对上可以编配管控各种应用软件,具有良好的开放性,且配有专门的开发运维一体化平台,可快速迭代、持续演进,从而不断提升在轨卫星的智能化水平,有助于构建下一代智能卫星生态。

3.2.64800颗虚拟卫星共享共建计划发布,天基智能再进一步

64800万颗虚拟卫星共享共建计划发布,按需提供服务。在“2022软件定义卫星高峰论坛”上,软件定义卫星技术联盟正式发布了64800颗虚拟卫星的共享星座共建计划。其首先计划与共建者携手,用100个月的时间,研制100颗新技术试验卫星,开展100个行业应用示范,完成1000个标准部组件产品和10000个应用软件的测试和认证,通过100次技术迭代将软件定义卫星均价降至百万元以下。共享星座分为虚实两部分。其中虚拟卫星64800颗,这些卫星在概念上是全能的,均匀分布在地面上空369公里处的网格内,且相对地面静止不动,实体卫星1~64800颗或更多,当其沿轨道飞行时,将“按需点亮”虚拟卫星,“照单激活”星上应用,为用户提供所需的服务。

虚拟卫星助力资源配置优化、迭代加速。虚拟卫星模式的优势在于,开发者再也不用为具体的卫星研发软件,而只需为标准的全能的虚拟卫星开发软件;用户再也不用关心自己使用的到底是谁家的卫星了,而只需根据自己的需要发出“订单”(什么时间在什么位置运行什么软件等);厂商再也不用为某个用户定制卫星了,而只需针对全部虚拟卫星上的订单设计和研制卫星,以求能点亮更多的虚拟卫星、能激活更多的应用软件并获取更多的收益。虚拟卫星的引入为优化资源配置,加速各方的独立迭代创造了条件,为建立更加繁荣的产业生态创造了可能。

64800颗虚拟卫星将承载数以百万计的应用软件,创造巨大经济价值。据澎湃网,软件定义卫星技术联盟秘书长表示,按每颗虚拟卫星平均每天可以获得1万元的订单计算,则总的订单规模将高达2365.2亿元。考虑到全球有14.2亿辆汽车、3409万艘航船、56.4万架飞机,还有30亿人没有接入互联网,如果这些人、车、船、飞机都能成为虚拟卫星的用户,按每天每人每车每船每飞机收1元服务费,其总收益将高达1.6万亿元。

4.投资建议

目前,软件定义卫星仍处于初期验证阶段,国内主要由中科院软件所牵头,体制内院所及民营企业共同参与研制。但算法优先的卫星系统设计理念已是大势所趋,发展在轨数据处理、自主规划、协同组网等智能算法至关重要。未来在空天地一体化信息网络建设需求下,卫星将持续朝着软件化、智能化方向演化,人工智能技术将在其中发挥重要作用。AI+航天的融合和探索将持续创造新可能,进而推动卫星产业链的加速发展。

卫星产业链主要受益标的:普天科技天奥电子臻镭科技铖昌科技等。

5.风险提示

研制进度不及预期等。

注:文中报告节选自华西证券研究所已公开发布研究报告,具体报告内容及相关风险提示等详见完整版报告。

分析师:陆洲

分析师执业编号:S1120520110001

证券研究报告:《【华西军工】软件定义卫星:AI+航天新突破》

报告发布日期:2024年1月3日

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