给卫星装上AI的“翅膀”——访杭州地卫二副总裁董路

 

本报记者 李静 杭州 北京报道

 

 

“月亮是守护地球的卫星，有着‘地卫一’的称号。我们希望成为守护地球的‘地卫二’。” 地卫二空间技术（杭州）有限公司（以下简称“杭州地卫二”）战略副总裁董路说，这是杭州地卫二名称的由来。

 

 

曾经，地球只有一颗天然卫星——月亮。随着1957年前苏联将人类历史第一颗人造卫星斯普特尼克一号送上天，人类从此开启了太空时代，60多年间全世界向太空发射了上万颗人造卫星。根据USC卫星数据库2022年5月1日更新的数据，目前全球共有在轨运行的卫星数量为5465颗。今年1月，国家航天局副局长吴艳华在《2021中国航天》白皮书新闻发布会上介绍称，目前，我国在轨工作的各类卫星已经超过500颗，广泛服务于经济社会发展。

 

 

8月10日12时03分50秒，中国首颗以人工智能（AI）载荷为核心、具备智能操作系统的智能应急卫星“地卫智能应急一号”（又名“WonderJourney-1A”，简称“WJ-1A”），在酒泉发射中心成功发射并进入预定轨道。这标志着地卫二Wonder Journey 望江山星座的第一个卫星智能体发射完毕, 即将正式投入运营。

 

 

按照用途分类，人造卫星可以分为通信、导航、遥感、科研卫星等，其中，北斗导航卫星最为我国大众所熟知，而在气象预报、国土规划、生态保护、海洋经济、灾害应急等领域，遥感卫星则发挥着重要作用。

 

 

自2013年开始，我国持续颁布多项政策措施促进航天商业化，推动民间资本与社会力量进入航天领域，我国航天事业开始进入商业航天阶段。与此同时，一批曾经在国家航天体系内的航天人也进入商业航天领域，成为我国商业航天发展的坚实力量。董路曾经也是一位体系内的航天人，2018年离开航天体系，目前在杭州地卫二任职战略副总裁。

 

 

董路对《中国经营报》记者表示：“在2013年之后，我国开始发展商业航天，大部分商业航天公司的人其实是体制内走出来的。如今很多商业航天公司虽然在航天技术研发、服务等方面较传统有所升级，但对于整个行业并没有产生根本性的改变。我更希望进入一家有很多非航天体制内的人构成的商业航天公司，比如有做AI的、做通信的或者做运营的年轻人，希望他们能够给我国商业航天带来更多的想象空间。”

 

 

杭州地卫二正是一家很年轻的商业航天公司，员工中除了不少像董路这样从航天体系内走出来的航天人，还有很多来自AI、通信等不同前沿技术领域的年轻人。在日渐激烈的商业航天领域，杭州地卫二的核心竞争力之一就是，不只着眼于智能卫星的制造和销售，更专注于AI技术的应用和服务。与其他卫星相比，地卫智能应急一号携带峰值80TOPS （即每秒万亿次运算）星载算力，而星上超高算力的实现得益于杭州地卫二自主研发的星载智能载荷处理单元“弦”（“String” Edge AI Platform）。并且，这个算力还将随着智能载荷处理单元“弦”的更新迭代不断攀升，到今年年底，地卫二星上算力有望超每秒万亿次运算。

 

 

为什么要给遥感卫星装上AI？给卫星加上AI的翅膀有多难？装上AI之后对遥感卫星行业的发展会产生怎样的影响？近日《中国经营报》记者就相关话题专访了董路。

 

 

AI将给遥感卫星带来质的飞跃

 

 

《中国经营报》：按照用途分类，人造卫星可以分为通信、导航、遥感、科研卫星等，杭州地卫二现在做的是遥感卫星领域，为什么要选择这个领域？

 

 

董路：在导航卫星领域，目前我国有自行研发北斗卫星导航系统，也是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的全球卫星导航系统，主要提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，北斗卫星导航系统也是国家重要时空基础设施。我国航天进入商业化之后，有一些商业航天公司做基于北斗的导航增强服务。

 

 

在通信卫星领域，之前的广播、电视信号的传输基本都是依靠通信卫星进行，现在逐步延伸至一些To B的场景，比如在轮船或者户外移动的车辆上，也可以装载卫星天线，通过卫星实现通信。马斯克的星链计划就属于这个领域。

 

 

杭州地卫二选择进入的遥感卫星领域是较早实现民用的卫星领域，例如天气预报使用的云图就是遥感卫星拍摄的，另外在减灾工作、城市规划、农业环境等行业的工作都会涉及到遥感卫星。

 

 

仅仅在十几年前，我国在卫星遥感领域还比较依赖于国外。比如，2008年汶川地震后，需要通过遥感卫星获取受灾地区的影像，政府非常着急，但当时汶川附近正在下雨，普通的光学遥感卫星看不清，需要使用雷达遥感卫星进行拍摄。但当时我国的雷达遥感卫星数量较少，最后相关数据是从国外卫星公司获取的。

 

 

这已经是十几年前的事情了，现在情况稍微好一点儿，但如果发生类似的情况，我们的遥感卫星还是有些捉襟见肘。

 

 

遥感卫星目前的商业应用领域比较多，很多地方政府、企业也比较关注。目前我国遥感卫星的数量正在快速增加，但卫星不能持续工作，获得的数据也不一定能及时回传落地，因此不能保证客户需要的时候就一定有数据，而且数据到信息有时候还存在相当复杂的转化过程，需要丰富的经验和专业知识。

 

 

《中国经营报》：为什么会想到和AI做结合？

 

 

董路：国内商业卫星的发展有小十年的时间，前面已经有很多公司做过很多尝试，踩过很多坑。杭州地卫二虽然进入得相对较晚，好处是不会重蹈前辈们的覆辙，在方向选择上，我们也选择了更有特点的方向。

 

 

因为很多商业航天公司走的还是传统研制、服务的道路，和以前比有所升级，但没有根本性的改变。我们现在做的，比如把遥感卫星和AI结合，是可以对行业模式发生本质变化的事情。

 

 

航天行业需求改变，而AI空间无限。AI技术发展了几十年，已经相当成熟且在商业化，例如人脸识别、文字识别、语音识别技术已经成熟并且渗透到很多行业，如何让AI和航天进行结合，理论上来说，把一个成熟的地面技术和一个想象空间需要改变的航天行业去结合，肯定能找到一些亮点。

 

 

装上AI的“翅膀”有多难

 

 

《中国经营报》：给遥感卫星装上AI技术，效率能提高多少？难点又在哪些地方？

 

 

董路：现在我们的算力应该是国外同类在轨产品的几十倍，目前还在实验阶段。

 

 

第一个难点是太空空间环境比较复杂。像 GPU、板卡这些电子产品在复杂的太空环境下能否长时间稳定工作，有一定挑战性，需要进行防护处理。

 

 

第二个难点是有了软硬件一体的设施，怎么把它用好，其中比较关键的就是算法和算力。就像每个人都有手机，但每个人使用的效果可能差距巨大。以遥感卫星来说，比如识别云的算法是不是足够好，如果不够好有再大的算力也没有用。算法可能有成千上万个，包括识别云的算法、识别农田的算法、识别粮食的算法等，而且我们的算法不能做得特别大，因为卫星的存储、功耗、算力都有限，需要我们做出非常轻量化的算法，然后移植到天上使用。

 

 

第三个难点是共同推进问题。人工智能算法的升级迭代也依托于数据之上，需要我们获得更多过去卫星拍摄的样本数据之后，不断训练和升级优化算法。另外，未来我们会有越来越多的卫星，每个卫星的算力不断提升，算法也可以不断优化，优化后得到的数据价值也会更高，进而可以进一步优化算法，这里需要有合作和发展模式上的创新，让更多人参与进来会加速行业的发展。

 

 

地卫智能应急一号携带峰值80TOPS （即每秒万亿次运算）星载算力，而星上超高算力的实现得益于杭州地卫二自主研发的星载智能载荷处理单元“弦”，这个算力还将随着智能载荷处理单元“弦”的更新迭代不断攀升，到今年年底，杭州地卫二星上算力有望超每秒万亿次运算。通过部署全新计算架构和自动驾驶级的太空算力，驱动高分辨率面阵相机、近红外相机等载荷，运算超过百种算法，实现星上的实时观测、实时处理和太空智能。具体来说，可实现图像智能识别、智能分割、智能压缩、无效数据清洗等星上AI能力，有效提高遥感卫星的运行效率。

 

 

理论上，这是目前唯一一颗跑得动大模型的新“星”。 通过部署类似GPT的基础模型（Foundation Model），利用智能体模型代理（Agent Model），构建了立体感知、全域协同、精准判断、持续进化、开放兼容的智能系统，实现“模型管理模型，模型生产数据，模型产生效益”。

 

 

《中国经营报》：原来遥感卫星的工作原理是卫星拍照后将照片传输到地面。遥感卫星和AI结合之后，直接向地面传输处理结果的数据，那原始照片数据会一直存储在卫星上吗？

 

 

董路：这就好比移动互联网时代，不着急的事情我们可以发邮件或者留言，着急的事情会用语音或者打电话的方式沟通。在遥感卫星领域，过去没有别的选择，只能把所有获得的数据下传到地面。未来，原始数据还是会有一部分传输到地面，因为这些数据还可以多次使用，可以做好备份。

 

 

遥感卫星和AI结合之后，至少有两方面好处，一是意味着卫星不用每次都那么着急把数据往地面传输，因为大量无用的数据，比如被云遮挡的地方会被删掉，数据量会大幅下降，在进行数据压缩以后卫星上可以存下的有用数据就会更多；二是有些数据根本就不需要存，因为大部分地表特征都是不变的，其实只需要卫星把变化部分告诉我们就可以了。

 

 

虽然是简单的两句话，但这些都需要很复杂的算法训练，卫星上的软硬件环境也需要足够支撑。而只要这些能实现，整个遥感卫星的应用场景会发生根本性变化。

 

 

过去，我们需要提前规划，一旦卫星飞过了地面站，就接收不到信息，它不知道需要拍什么；另外，卫星需要再次经过地面站才能将拍摄的数据传输到地面，并且传输的数据中并不能保证每次都拍摄成功，比如有可能出现之前提到的天空有云的情况；所以，如果天空情况一直不理想，可能导致客户很长时间都得不到想要的数据。因为很多客户有不同的拍摄需求，需求过多的时候会发生拥堵，导致排队，有的时候排队时间可能会非常长。比如我想要最近几天的数据，可能过好几个月数据才能由遥感卫星完成拍摄，然后再给到我。

 

 

但是，未来在智能遥感卫星星座的帮助下，所有的任务是在轨规划的，系统能够很快知道任务有没有完成，是否需要其他卫星的协助，客户想要的结果，比如哪条河道沿线多盖了房子，哪棵树生病需要救治了，哪里的水体受到了污染，而污染源在哪里，这些信息都会第一时间传到客户，而不是由卫星将几十上百G的图片扔给客户去处理。

 

 

《中国经营报》：现在全世界在轨运行的卫星有几千颗，我国也有几百颗卫星，卫星数据传输的拥堵问题应该没有那么严重吧？

 

 

董路：但是卫星传输数据的方式并没有变化。虽然现在地面站多了，外国的一些地面站我们也可以使用，数据传输的问题稍微好一点。但任务指令的上行和实际拍摄的排队问题，并没有得到有效解决。

 

 

我们想解决卫星工作流程中后一段存在的问题，让卫星拍摄的数据效率更高，减少排队和数据存储的压力。因为现在卫星的数量还不够多，如果足够多排队问题就不存在。另外，我们是把卫星照片中的有用信息提取之后往地面传输，这样下行的数据量就更小一些。

 

 

不过目前，中国商业航天如今仍处于相对早期的阶段，需要整个行业通力合作。杭州地卫二作为一家多模态的商业卫星公司，期待着与行业各方共同努力，志在为整个行业赋能，推动卫星的智能化转型，实现航天产业的持续繁荣与创新发展，推动航天产业的智能化转型与进化。

 

 

（编辑：张靖超 校对：燕郁霞）