由復(fù)旦大學(xué)自主研發(fā)的“芯云”智能芯片首次隨長征四號丙運載火箭一同進入太空。也就是說，科研團隊將原本的火箭最后一段，末子級改造成極低成本的科學(xué)實驗和通信平臺，實現(xiàn)太空垃圾“變廢為寶”。

今天在復(fù)旦大學(xué)，科研團隊展示了這個隨長征四號火箭一同在太空遨游的智能系統(tǒng)，它身型小巧，只有1.1公斤重。

新突破：太空垃圾變廢為寶

在以往各國每一次的火箭發(fā)射后，隨著一級火箭、二級火箭以及整流罩的脫落并返回地面，末子級火箭會隨著它的有效載荷一同進入軌道，并長期在太空中占據(jù)寶貴的軌道資源，對在軌空間飛行器造成安全威脅，是目前體量最大的太空垃圾，也是國際社會共同關(guān)心的一個問題。

為了解決這一困擾，由復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院微納系統(tǒng)中心、上海智能電子與系統(tǒng)研究院、復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點實驗室、上海宇航系統(tǒng)研究所和下屬上海埃依斯航天科技有限公司等組成的研究團隊經(jīng)過長達兩年多時間的聯(lián)合攻關(guān)，對常規(guī)微納衛(wèi)星功能模塊高度集成化與芯片化，硬件資源可重構(gòu)和智能化設(shè)計，使其重量降至30克以內(nèi)，整機結(jié)構(gòu)重量降低到1.1千克。復(fù)旦大學(xué)無錫研究院參與了具體的工程實施。

據(jù)團隊組長、項目總體專家、復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授鄭立榮介紹，通過在末子級上安裝這種輕巧便攜的智能芯片系統(tǒng)，團隊將原本的火箭末子級改造成極低成本的科學(xué)實驗和通信平臺，實現(xiàn)太空垃圾“變廢為寶”。

本次發(fā)射，復(fù)旦大學(xué)與航天八院雙方研究人員巧妙地安裝了多組這種芯片系統(tǒng)，建成了首個末子級留軌智能應(yīng)用平臺，開展天基物聯(lián)網(wǎng)實驗。在火箭發(fā)射任務(wù)相對頻繁的當(dāng)下，這種方法具有發(fā)射周期短、在軌數(shù)量多、載荷成本低等眾多優(yōu)勢，對構(gòu)建未來多軌道天基信息網(wǎng)絡(luò)具有重要的價值。

新實驗：自主容錯能量自治

本次火箭末子級載荷板采用了復(fù)旦大學(xué)自行設(shè)計的“芯云一號”片上智能系統(tǒng)芯片(SoC)。該SoC集成了傳感器接口、數(shù)字采樣、高可靠處理器、多種信息加密技術(shù)、智能電源管理技術(shù)，以及豐富的數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等，是一款集成度高、功能完備、自主可控的芯片衛(wèi)星SoC。

復(fù)旦大學(xué)研發(fā)團隊長期致力于建立具有類腦自主容錯能力的計算模型和拓撲架構(gòu)。受腦可塑性原理啟發(fā)，團隊在全球最早提出了類腦自主容錯概念并用于高可靠系統(tǒng)芯片研發(fā)。研究表明，這種架構(gòu)與傳統(tǒng)多模冗余技術(shù)更具可靠性但功耗和芯片面積可以大大減少。同時，團隊通過對專用指令集定制組合優(yōu)化、運算單元陣列和內(nèi)存訪問層次重構(gòu)等，大大增加數(shù)據(jù)復(fù)用率，減少數(shù)據(jù)搬移，從而提高了片上資源的整體使用效率，降低系統(tǒng)功耗。相關(guān)研究成果已在《IEEE電路與系統(tǒng)匯刊》《IEEE系統(tǒng)芯片國際會議》等發(fā)表。

本次在軌試驗將對芯片的自主容錯、動態(tài)重構(gòu)、能量自治等功能進行驗證。團隊成員、復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院微納系統(tǒng)中心鄒卓研究員說:“如實驗成功，系統(tǒng)有望完全擺脫備用電池，僅需幾片數(shù)個厘米大小的太陽能板就可實現(xiàn)能量自治”。

目前，該研究項目得到了上海市科委等部門的大力支持。

新應(yīng)用：有效監(jiān)測萬物互聯(lián)

利用火箭末子級平臺，復(fù)旦大學(xué)和航天八院聯(lián)合開展了低功耗天基廣域物聯(lián)網(wǎng)實驗。利用物聯(lián)網(wǎng)精準監(jiān)測了火箭末子級本身的飛行軌跡，測量了周邊的空間環(huán)境以及長期在軌姿態(tài)演化規(guī)律，并對系統(tǒng)芯片自身功耗和平臺能源管理等進行了系列實驗和驗證。

“截至2017年12月4日，該系統(tǒng)已經(jīng)在軌運行430小時。運行期間，物聯(lián)網(wǎng)試驗節(jié)點與地面網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定，回傳空間監(jiān)控數(shù)據(jù)以及接收地面控制指令等功能運行如初、狀態(tài)良好?！眻F隊成員、復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院微納系統(tǒng)中心副教授秦亞杰興奮地說。根據(jù)預(yù)定計劃，團隊已經(jīng)完成了在軌核心關(guān)鍵技術(shù)試驗與驗證，并轉(zhuǎn)入到在軌長管階段當(dāng)中。隨后雙方研究團隊將進一步開展組網(wǎng)和路由、傳輸控制協(xié)議、流媒體分發(fā)等系列實驗，并對芯片的自主容錯、動態(tài)重構(gòu)、能量自治等功能進行驗證，對太空碎片的行為模型進行分析。

據(jù)項目指導(dǎo)、中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點實驗室主任金亞秋介紹，隨著我國“一帶一路”倡議和海洋強國戰(zhàn)略的實施，利用廣域物聯(lián)網(wǎng)對我國偏遠地區(qū)、外圍海域、熱點地區(qū)等進行識別和監(jiān)控的需求日益迫切。然而由于受到地球曲率的影響，地面和岸基物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可覆蓋的范圍相對較小。我們的“芯云”技術(shù)能夠覆蓋視線外的廣大區(qū)域，猶如伸出一條巨大的手臂，可操控與伸展的范圍大大增加。

此次由復(fù)旦大學(xué)和航天八院利用各自優(yōu)勢資源打造的新型物聯(lián)網(wǎng)載荷系統(tǒng)，作為地面物聯(lián)網(wǎng)的有益補充，可以低成本地實現(xiàn)天、空、地、海大尺度的萬物互聯(lián)，提供大數(shù)據(jù)應(yīng)用與相關(guān)服務(wù)，為我國后續(xù)在天基物聯(lián)網(wǎng)、空間碎片監(jiān)測、空間環(huán)境探測、高空地磁測繪等研究打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，同時也是對火箭的回收利用和太空碎片處理這項國際性公共難題的一次巧妙而極具意義的嘗試。

（看看新聞Knews記者：朱玫  實習(xí)編輯：黃麗文）