上海12月4日消息（記者傅聞捷 通訊員韓蘊(yùn)如）北京時(shí)間2017年11月15日凌晨2時(shí)35分，我國(guó)風(fēng)云三號(hào)04星（FY-3D）在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空，將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。而由復(fù)旦大學(xué)自主研發(fā)的“芯云”智能芯片首次隨長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭一同進(jìn)入太空。

　　復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)

　　新突破：太空垃圾 變廢為寶

在以往各國(guó)每一次的火箭發(fā)射后，隨著一級(jí)火箭、二級(jí)火箭以及整流罩的脫落并返回地面，末子級(jí)火箭會(huì)隨著它的有效載荷一同進(jìn)入軌道，并長(zhǎng)期在太空中占據(jù)寶貴的軌道資源，對(duì)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(guó)際社會(huì)共同關(guān)心的一個(gè)問(wèn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)兩年多時(shí)間的聯(lián)合攻關(guān)，對(duì)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(jì)，使其重量降至30克以內(nèi)，整機(jī)結(jié)構(gòu)重量降低到1.1千克。復(fù)旦大學(xué)無(wú)錫研究院參與了具體的工程實(shí)施。

據(jù)團(tuán)隊(duì)組長(zhǎng)、項(xiàng)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(guò)在末子級(jí)上安裝這種輕巧便攜的智能芯片系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)將原本的火箭末子級(jí)改造成極低成本的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和通信平臺(tái)，實(shí)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(gè)末子級(jí)留軌智能應(yīng)用平臺(tái)，開展天基物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。在火箭發(fā)射任務(wù)相對(duì)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(shì)，對(duì)構(gòu)建未來(lái)多軌道天基信息網(wǎng)絡(luò)具有重要的價(jià)值。

　　新實(shí)驗(yàn)：自主容錯(cuò) 能量自治

本次火箭末子級(jí)載荷板采用了復(fù)旦大學(xué)自行設(shè)計(jì)的“芯云一號(hào)”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(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于建立具有類腦自主容錯(cuò)能力的計(jì)算模型和拓?fù)浼軜?gòu)。受腦可塑性原理啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)在全球最早提出了類腦自主容錯(cuò)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(shí)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)專用指令集定制組合優(yōu)化、運(yùn)算單元陣列和內(nèi)存訪問(wèn)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(guó)際會(huì)議》等發(fā)表。

本次在軌試驗(yàn)將對(duì)芯片的自主容錯(cuò)、動(dòng)態(tài)重構(gòu)、能量自治等功能進(jìn)行驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)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(shuō):“如實(shí)驗(yàn)成功，系統(tǒng)有望完全擺脫備用電池，僅需幾片數(shù)個(gè)厘米大小的太陽(yáng)能板就可實(shí)現(xiàn)能量自治”。

目前，該研究項(xiàng)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(cè) 萬(wàn)物互聯(lián)

利用火箭末子級(jí)平臺(tái)，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(shí)驗(yàn)。利用物聯(lián)網(wǎng)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)了火箭末子級(jí)本身的飛行軌跡，測(cè)量了周邊的空間環(huán)境以及長(zhǎng)期在軌姿態(tài)演化規(guī)律，并對(duì)系統(tǒng)芯片自身功耗和平臺(tái)能源管理等進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。

“截至2017年12月4日，該系統(tǒng)已經(jīng)在軌運(yùn)行430小時(shí)。運(yùn)行期間，物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與地面網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定，回傳空間監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及接收地面控制指令等功能運(yùn)行如初、狀態(tài)良好?！眻F(tuán)隊(duì)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(shuō)。根據(jù)預(yù)定計(jì)劃，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了在軌核心關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)與驗(yàn)證，并轉(zhuǎn)入到在軌長(zhǎng)管階段當(dāng)中。隨后雙方研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)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(shí)驗(yàn)，并對(duì)芯片的自主容錯(cuò)、動(dòng)態(tài)重構(gòu)、能量自治等功能進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)太空碎片的行為模型進(jìn)行分析。

據(jù)項(xiàng)目指導(dǎo)、中國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任金亞秋介紹， 隨著我國(guó)“一帶一路”倡議和海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，利用廣域物聯(lián)網(wǎng)對(duì)我國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)、外圍海域、熱點(diǎn)地區(qū)等進(jìn)行識(shí)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(duì)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(shì)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(bǔ)充，可以低成本地實(shí)現(xiàn)天、空、地、海大尺度的萬(wàn)物互聯(lián)，提供大數(shù)據(jù)應(yīng)用與相關(guān)服務(wù)，為我國(guó)后續(xù)在天基物聯(lián)網(wǎng)、空間碎片監(jiān)測(cè)、空間環(huán)境探測(cè)、高空地磁測(cè)繪等研究打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也是對(duì)火箭的回收利用和太空碎片處理這項(xiàng)國(guó)際性公共難題的一次巧妙而極具意義的嘗試。

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