從1957年發射第一顆衛星“斯普特尼克（Sputnik）1號”開始，人們開始了星辰大海的征程。遙感衛星、氣象衛星、導航衛星、通信衛星……，人們為每一次衛星發射成功而歡呼；國際空間站、阿波羅登月、行星探測……，人們向太空邁出的每一步而自豪。但到目前為止，空間活動政府資助比例遠遠大于私人資本，絕大多數人還是航天領域的圍觀者。原因很多，主要在于進入軌道的成本很高。衛星工程包括衛星研制、地面站建造以及運載發射。傳統衛星研制，首先要基于任務分析衛星軌道、功率、構型、質量、載荷等需求，然后設計衛星結構、電源、姿態和軌道控制、遙測遙控、熱控、數據處理、推進、有效載荷等多個子系統，涉及到多個學科領域，研制周期可達十年以上，研制成本以億為單位計算。除此之外，運載發射的費用很高，重量一千克的物體發射費用等價于一千克黃金。衛星運行時還需要投入大量的專業人員進行遙測遙控。高昂的投入、專業性很強的前沿技術讓普通大眾對航天望而卻步。 

　　進入21世紀，50公斤以下的微納衛星技術日漸活躍，特別是1999年由美國加州理工大學和斯坦福大學提出并制定了立方星（Cubesat）標準以來，國際上微納衛星技術迎來日新月異的發展勢頭。2003年第一顆立方星發射升空，短短十年，相關技術發展很快。2017年2月15日，印度用一枚火箭向太空發射了104顆衛星，其中包括101顆不到10千克的納米衛星，有媒體比作向太空撒了一麻袋土豆。2017年7月14日，俄羅斯一箭73星發射成功。據美國智庫SpaceWorks統計，2017-2023年，1-50kg衛星的發射需求達2400顆。微納衛星以體積小、功耗低、開發周期短，可編隊組網，以更低的成本完成很多復雜的空間任務的優勢，已被廣泛試驗應用于對地觀測、通信、導航、空間科學探測、空間天氣、深空探測和新技術試驗等領域，成為空間系統的重要組成部分。然而大部分微納衛星制造商未擺脫傳統衛星的研制方式，僅通過簡化衛星功能，降低衛星質量等手段降低了衛星成本，繼續進行著重復發明輪子的工作，重復開發微納衛星軟硬件，其靈活性、智能性、可復用性等方面仍然欠缺。 

　　為此，我們提出了軟件定義衛星。它以計算為中心，以軟件為手段，通過軟件定義無線電、軟件定義載荷、軟件定義數據處理計算機、軟件定義網絡等手段，將傳統上由分系統實現的通信、載荷等功能以軟件方式實現，總體上將各類敏感器和執行機構通過軟件連接為一個整體，最終實現大部分衛星功能的軟件化。將應用任務與衛星硬件設計解耦，便于通過軟件實現衛星功能的在軌重構，適應不斷變化的應用需求。是不是難以理解？簡單的說軟件定義衛星像Android智能手機一樣進行軟硬件研制，支持像共享單車一樣的應用方式。 

• 像Android智能手機一樣進行軟硬件研制 

　　軟件定義衛星借鑒智能手機的研制開發模式，包括硬件與軟件兩個相輔相成的兩個方面。 

　　在Android智能手機出來之前，智能手機價格均在五六千之上，功能不多，屬于手機中的陽春白雪。2007年,Google與84家硬件制造商、軟件開發商及電性運營商組建開發手機聯盟共同研發改良Android 系統。目前Android市場的App數量已經超過450000，每月下載量達十億，每天有850000臺Android裝置開通。同樣為了充分利用互聯網豐富的開源軟件，我們提出為軟件定義衛星開發一個適用于衛星的類Android操作系統，構建軟件定義衛星生態環境，通過該環境可以最大化地吸引各類開發人員、吸收不斷更新的各類優秀開源軟件，為軟件定義衛星體系結構中的各層次、各模塊提供自發展、自完善的機制。通過構建軟件定義衛星開發工具鏈，可方便各類開發人員對相關軟件進行編碼、調試、測試、安裝、及部署等。在此基礎上建立航天應用App商店，向各類客戶提供衛星應用App定制服務平臺，方便客戶根據自身需要購買或定制特定衛星功能的App應用，從而建立完善的軟件定義衛星生態環境體系。 

　　Android智能手機的研發與傳統手機產品有很大的區別。老牌的手機廠商紛紛退出了手機制造舞臺。新的Android手機產業鏈分工在不斷細化，開發的核心聚焦在用戶需求痛點的挖掘、目標市場的定位與拓展，以及商業模式的設計與探索，而在智能手機硬件產品和方案研發本身，通過基于互聯網的合作共享經濟，尋找‘外腦’進行設計開發外包，加速產品化進程，正在成為一種普遍的趨勢。衛星的構成與智能手機類似，都擁有低功耗快速處理能力，多種多樣的傳感器，攝像頭，GPS接收器，多種通信模塊，操作系統等。智能手機性能越來越好，集成度越來越高，功能越來越多樣，其迭代速度遠遠超過了衛星的技術更新速度。借鑒智能手機產業的研發模式非常有利于衛星的硬件與軟件開發，勢必會大大推動航天科學技術的發展。 

• 像共享單車一樣的應用方式 

　　近兩年，各種顏色的共享單車涌上了城市的大街小巷，解決了“最后一千米”出行難題，為人們上班、旅游提供了便利。軟件定義衛星支持普通人像使用共享單車一樣共享衛星。衛星制造商制造衛星硬件平臺，衛星運營商發射并維護衛星運行，航天應用商店聚集了大量的航天應用App。普通用戶不用考慮衛星的研制、發射、運行測控等等問題，只是通過衛星運營商租用一定時間來達到自己的目標。任務需要的App軟件可以自行開發，也可以從航天應用商店中下載，上傳到租用衛星上。衛星完成任務后將用戶所需數據返回給用戶。 

　　——一個天文愛好者想拍夏季星空，但城市里燈光污染嚴重，很難獲得滿意的圖片。他可以短期全時段租用一顆衛星采用大視場可見光相機對天成像，在沒有大氣遮擋的太空獲得更高質量、更多暗弱目標的星空圖像。 

　　——一個具有大片農田的農場主為了避免葉圣陶老先生《多收了三五斗》里面谷賤傷農的情形，需要認真考慮種植什么種類的農作物。他可以長期分時段租用一顆周期經過本地區農田上空的衛星，定期重復獲取本地區農田圖像，判斷農作物種植情況，從而避免某種類農作物產量過剩，造成巨大的經濟損失。 

　　——一個環境保護組織想摸清某一水域的水藻污染情況，有針對性的采取治理措施。該組織可短時租用多次重訪該水域的衛星，上注圖像拼接、水藻區域識別等軟件，通過短時間多次重訪獲取的圖像識別結果估計水藻污染區域以及水藻污染擴散速度，制定合理的治理措施，進行有效的環境保護。 

　　軟件定義衛星革新了我國航天產業模式，對建設我國新型空間體系具有重大意義。同時也為普通大眾的航天夢提供技術支持，讓衛星應用從曲高和寡到每個人的日常生活，將我們的目光延伸到宇宙，看的更高、更遠、更清吧！