2023年5月10日，長征七號(hào)遙七運(yùn)載火箭在海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船。由大連理工大學(xué)設(shè)計(jì)研制的遼寧省第一顆衛(wèi)星，大連1號(hào)/連理衛(wèi)星搭乘天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船飛向太空。該衛(wèi)星搭載OpenHarmony操作系統(tǒng)，能夠在軌實(shí)現(xiàn)低成本亞米級(jí)高分辨率的海洋/對地觀測。
這款衛(wèi)星成功“上天”的背后是OpenHarmony在航空航天領(lǐng)域的又一次重大突破，在OpenHarmony的加持下，該衛(wèi)星在系統(tǒng)的性能與可靠性上得到了大幅提升，標(biāo)志著OpenHarmony的高性能和可靠性將得到充分驗(yàn)證，也體現(xiàn)了OpenHarmony強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和高端科技行業(yè)的應(yīng)用潛力。
那OpenHarmony是如何應(yīng)用到大連1號(hào)/連理衛(wèi)星上的?OpenHarmony的應(yīng)用給該衛(wèi)星帶來了哪些性能上的提升?相比于其他實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，OpenHarmony有哪些優(yōu)勢?未來OpenHarmony還將給中國航天領(lǐng)域帶來哪些變化?
帶著這些問題，筆者采訪了大連1號(hào)/連理衛(wèi)星總指揮、大連理工大學(xué)航空航天學(xué)院教授于曉洲，了解到了他和團(tuán)隊(duì)如何將OpenHarmony應(yīng)用到衛(wèi)星研發(fā)的故事。
初識(shí)OpenHarmony：打破國外操作系統(tǒng)對我國微納衛(wèi)星發(fā)展的制約
于曉洲目前專注于微納衛(wèi)星的設(shè)計(jì)與研發(fā)，所謂微納衛(wèi)星是指重量1千克~100千克的衛(wèi)星。微納衛(wèi)星因其體積小、重量輕、成本低、靈活性強(qiáng)、發(fā)射周期短等特點(diǎn)，逐漸成為太空探索的重要力量。同時(shí)由于微納衛(wèi)星近年來越來越多的用于復(fù)雜空間任務(wù)執(zhí)行以及空間探測，需要超高的精度姿態(tài)確定與控制能力以及高速通信與數(shù)據(jù)處理能力等，因此對于操作系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性要求遠(yuǎn)高于一般的地面應(yīng)用。而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)由于其及時(shí)響應(yīng)能力與高可靠性，成為微納衛(wèi)星的首選操作系統(tǒng)。
于曉洲表示，長期以來微納衛(wèi)星缺少高性能的國產(chǎn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，前些年在疫情以及國際大環(huán)境的影響下，團(tuán)隊(duì)開始在微納衛(wèi)星的一些關(guān)鍵系統(tǒng)上使用國產(chǎn)芯片，而國外的操作系統(tǒng)對于國產(chǎn)芯片的支持并不完善，以至于很長一段時(shí)間團(tuán)隊(duì)使用國產(chǎn)芯片都處于“裸跑”的狀態(tài)，導(dǎo)致衛(wèi)星在運(yùn)行時(shí)處理程序周期特別長、反應(yīng)非常慢。
國內(nèi)亟需一款既能適配國產(chǎn)芯片且性能足夠好的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以打破國外操作系統(tǒng)對我國微納衛(wèi)星發(fā)展的制約。2020年9月份，華為將其自研終端操作系統(tǒng)HarmonyOS的基礎(chǔ)能力貢獻(xiàn)給開放原子開源基金會(huì)，由開放原子開源基金會(huì)整合其他參與者的貢獻(xiàn)，形成了OpenHarmony開源項(xiàng)目。OpenHarmony從誕生之日起就定位于萬物互聯(lián)時(shí)代的操作系統(tǒng)，其目標(biāo)是面向全場景、全連接、全智能時(shí)代，基于開源的方式，搭建一個(gè)智能終端設(shè)備操作系統(tǒng)的框架和平臺(tái)，促進(jìn)萬物互聯(lián)產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。
OpenHarmony誕生之后，于曉洲很快就意識(shí)到了這一創(chuàng)新系統(tǒng)在微納衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，并在2021年底的時(shí)候與開放原子開源基金會(huì)建立了溝通渠道，隨之開展早期合作。在于曉洲看來，OpenHarmony易于開發(fā)、支持基于不同硬件能力進(jìn)行裁剪以及高效的數(shù)據(jù)與任務(wù)傳輸能力等特點(diǎn)能夠很好滿足衛(wèi)星研發(fā)工作當(dāng)中的各種需求。
隨著OpenHarmony系統(tǒng)能力不斷完善，主流芯片的不斷適配，于曉洲認(rèn)為時(shí)機(jī)已然成熟。于是在2022年初，由開放原子開源基金會(huì)牽頭，中科院軟件所、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、長光衛(wèi)星、愛太空科技、空天創(chuàng)客等共同成立了開源鴻蒙航天工作組(OpenHarmony In Space, OHIS)，大連理工大學(xué)為組長單位，由于曉洲擔(dān)任工作組組長，合力推廣國產(chǎn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。于曉洲也由此正式開啟了他將OpenHarmony應(yīng)用到衛(wèi)星研發(fā)的旅程當(dāng)中。
深耕OpenHarmony：“它的性能和可靠性讓我安心”
在將OpenHarmony應(yīng)用到大連1號(hào)/連理衛(wèi)星的研發(fā)過程當(dāng)中，于曉洲深刻地感受到：“在引入OpenHarmony之后，衛(wèi)星的可靠性與處理能力大幅提升。我們在地面連續(xù)做了1000個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)行始終很穩(wěn)定，傳輸很可靠?！?/p>
在深入驗(yàn)證OpenHarmony之后，于曉洲認(rèn)為，相比于其他操作系統(tǒng)，OpenHarmony的優(yōu)勢主要有三點(diǎn)：第一，OpenHarmony是國產(chǎn)操作系統(tǒng)，相比于國外的操作系統(tǒng)，OpenHarmony在技術(shù)支持上要好很多，在使用過程中遇到難題都有相關(guān)工作人員進(jìn)行解答和處理，能夠大幅減少研發(fā)的工作量，讓團(tuán)隊(duì)專注于攻克更復(fù)雜的難題;第二，OpenHarmony適配的芯片和處理器更豐富，可以適用的衛(wèi)星類型更廣，相比于“裸跑”的衛(wèi)星，搭載OpenHarmony的衛(wèi)星在效率和穩(wěn)定性上更好;第三，OpenHarmony在數(shù)據(jù)的處理能力和輸出速率上更占優(yōu)勢，“以衛(wèi)星里面的集成了太陽敏感器、磁強(qiáng)計(jì)以及陀螺儀的一體姿態(tài)測量系統(tǒng)為例，采用OpenHarmony優(yōu)化后，系統(tǒng)平均響應(yīng)速度大幅提高，從原來的2Hz，提高到了現(xiàn)在的20Hz以上?！?/p>
種種優(yōu)勢的疊加讓衛(wèi)星的研發(fā)事半功倍，最終在于曉洲團(tuán)隊(duì)的努力下，搭載OpenHarmony的大連1號(hào)/連理衛(wèi)星在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)研發(fā)成功并發(fā)射升空，這對于驗(yàn)證OpenHarmony操作系統(tǒng)在太空中運(yùn)行的高可靠性與傳輸實(shí)時(shí)性具有重要價(jià)值和意義。
據(jù)于曉洲介紹，大連1號(hào)/連理衛(wèi)星的主載荷為高分辨率多光譜相機(jī)，相機(jī)具有全色譜和多光譜共5個(gè)譜段，能夠在軌實(shí)現(xiàn)低成本亞米級(jí)高分辨率的海洋/對地觀測。在衛(wèi)星設(shè)計(jì)過程中，多套衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)單機(jī)采用了OpenHarmony實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與國產(chǎn)處理芯片綜合方案的使用，讓系統(tǒng)的性能與可靠性大幅提高。此外，這顆衛(wèi)星還使用了創(chuàng)新的硝酸羥胺單組元模塊推進(jìn)系統(tǒng)，具有綠色無毒、能量高、功耗低、可預(yù)包裝等特點(diǎn)，大幅提升了微納衛(wèi)星在軌快速機(jī)動(dòng)能力?！澳壳按筮B1號(hào)/連理衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)開始發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，且運(yùn)行狀態(tài)一切正常。”
推廣OpenHarmony：“讓國外的衛(wèi)星也用上中國的標(biāo)準(zhǔn)”
大連1號(hào)/連理衛(wèi)星的成功升空僅僅是個(gè)起點(diǎn)，未來于曉洲還將從三個(gè)方面繼續(xù)推進(jìn)OpenHarmony在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。
首先，將OpenHarmony推廣到國內(nèi)大型的國有航天企業(yè)和科研院所，運(yùn)用到除微納衛(wèi)星以外的大型衛(wèi)星以及飛船、空間站上，“其實(shí)他們都需要高可靠的操作系統(tǒng)，OpenHarmony在可靠性、實(shí)時(shí)性、適配性上的優(yōu)勢特別明顯，我相信國內(nèi)大型的航天企業(yè)和科研院所肯定會(huì)愿意用的?！?/p>
其次，和國內(nèi)同行聯(lián)合開展基于OpenHarmony的星載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的宇航標(biāo)準(zhǔn)的編寫，并不斷改進(jìn)和完善，將其推廣到國內(nèi)外的各個(gè)單位和研究機(jī)構(gòu)，為OpenHarmony在國內(nèi)外航空航天產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)?！皳?jù)我所知，目前在航天領(lǐng)域星載系統(tǒng)缺少操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，我們把這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推出以后，向全世界推廣，讓國外也可以用上我們的標(biāo)準(zhǔn)，這也是我們基礎(chǔ)研究科技自立自強(qiáng)的表現(xiàn)?！?/p>
最后，基于OpenHarmony系統(tǒng)開展航天教育與人才培養(yǎng)?！昂教祛I(lǐng)域需要跨領(lǐng)域的復(fù)合型人才，而微納衛(wèi)星具有一般衛(wèi)星的多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，對于航天人才的培養(yǎng)能夠發(fā)揮重要作用。此外，我也正計(jì)劃成立一個(gè)學(xué)生俱樂部或社團(tuán)，希望有興趣的學(xué)生來一起參與一些衛(wèi)星的研制工作，以此能培養(yǎng)出一批我國衛(wèi)星研發(fā)領(lǐng)域的人才?！?/p>
OpenHarmony在航天領(lǐng)域的突破離不開像于曉洲教授這類人的付出與耕耘，操作系統(tǒng)的研發(fā)與推廣周期長、見效慢，需要學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界等多方力量的共同努力。令人欣喜的是，除了航天領(lǐng)域，當(dāng)前OpenHarmony還在醫(yī)療、交通、教育、金融、電力、超高清、政務(wù)、城市等多個(gè)行業(yè)落地生根，開枝散葉，使能千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。期待更多優(yōu)秀人才加入到OpenHarmony，共建使能千行百業(yè)的數(shù)字底座。
