中国科学院院士魏奉思：每颗卫星都要有自己的“大脑”

记者 郑晨烨

随着商业航天的发展，天上的卫星越来越多，低轨空间也变得越来越拥挤。

6月5日，中国科学院院士、哈尔滨工业大学（深圳）空天科技学院院长魏奉思在深圳创新发展研究院科技创新院士报告厅的演讲中说，卫星数量的增长速度已经远超过管理能力的提升速度。

目前绝大多数卫星的工作方式是：在轨观测，数据传回地面，地面系统处理和研判，再把指令传回卫星执行。魏奉思认为，等这一套流程走完，空间环境可能已经变了。

为了改变这种“大多数卫星有眼睛但没有脑子”的情况，2016年，魏奉思向中国科学院提出“数字空间”的战略构想，主张建设空间数字化、智能化体系来应对大航天时代的挑战。

在这一构想下，他和团队正在研制的“卫星大脑”系统，由感知、认知和行为三套子系统组成，目标是让卫星在轨自主完成从环境监测到决策执行的全过程，不再依赖地面指挥回路。

魏奉思表示，目前，地面原理样机已基本通过验证，正在推进星上实验。

“空间数字化、智能化”

SpaceX的星链是目前全球规模最大的低轨卫星星座。截至2026年一季度末，星链在164个国家和地区拥有约1030万订阅用户。

但规模越大，低轨卫星的共性风险也越明显。魏奉思在演讲中提到，星链的整体坠毁率已达12.7%，一个典型案例发生在2022年2月：SpaceX一次发射49颗星链卫星，遭遇太阳风暴，高层大气密度短时间内急剧升高，卫星轨道加速衰减，其中40颗坠入大气层烧毁。

低轨卫星运行在距地面350公里到1000多公里的空间。这个区域的大气密度、电离层状态、地磁场强度时刻在变化，太阳风暴来临时，这些参数会在几分钟内剧烈波动。在这种状况下，卫星轨道会衰减，通信频率需要调整，导航定位精度会大幅偏移。如果卫星自身没有感知和应对这些变化的能力，只能靠地面系统远程操控，反应速度很难跟上环境变化速度。

对中国而言，问题同样紧迫。2026年1月至5月，中国共进行了34次航天发射，其中3次失败。

魏奉思举了两个例子来说明空间环境变化的影响有多大。第一个例子涉及空间站对接。在一次航天器对接过程中，一个看起来并不严重的太阳活动导致轨道突然偏移约100米。

100米的误差意味着一次对接失败，航天器需要重新绕行多圈才能再次尝试。中国早期的对接流程耗时约47个小时，如今已缩短至6小时左右，进步显著，但空间环境变化带来的干扰始终存在。

第二个例子涉及导航精度。魏奉思说，其团队曾做过一组测试，两个实际相距约37公里的地面接收点，由于电离层发生变化，导航定位上几乎被“压缩”成了同一个位置，误差达到30多公里。这种影响在日常生活中也有体现。

魏奉思提到，在深圳，车载导航有时会在岔路口指向错误方向，或者让驾驶员在某个区域里绕半个小时都转不出来，背后的原因之一就是空间环境变化导致的导航信号偏移。

他认为，中国航天几十年来在硬件上走得很快，卫星和火箭的成就全球瞩目，但数字化、智能化的软能力没有同步跟上。他在演讲中直言，航天效益目前仍是制约中国航天发展的短板之一，投入产出比与国际先进水平存在明显差距。

魏奉思表示，在其参与过的多次国家级航天规划研讨中，空间数字化、智能化方向的技术路线往往最终会着墨不多。他举例说，此前一份涉及航天强国建设的国家级规划报告中，对航天数字化和智能化的阐述只占了一小段篇幅，缺少清晰的技术路线和系统性的部署方案。

他认为，未来十年航天发展的主旋律应该是空间的数字化和智能化，但这个认识在不少部门还没有完全形成。

魏奉思把大航天时代面临的核心挑战概括为“六高”：高动态时变、高时效应对、高精度控制、高分辨识别、高覆盖时空、高数智应用。数以万计的卫星挤在一个相对狭窄的空间里，没有空间数字化、智能化能力的支撑，安全管控和高效运营都很难实现。

俄乌冲突也提供了一个参照。魏奉思说，在俄乌冲突中卫星承担了大量侦察任务，但数据传回地面、处理之后再回传的周期太长，从发现目标到完成打击之间缺少快速闭环，很多原本可以利用的窗口在等待指令的过程中就错过了。

“每颗卫星都要有自己的大脑”

魏奉思团队在2019年正式启动“卫星大脑”研制。该方案的核心是在卫星上集成三套系统：感知系统实时监测空间环境和卫星自身状态；认知系统基于空间物理规律，判断环境变化会对轨道、通信、导航产生什么具体影响；行为系统则根据认知结果，自主执行轨道调整、姿态控制、通信切换等操作。

三套系统在星上形成闭环，卫星自主应对环境变化，无需等待地面指令。

这套逻辑可以用一个简单的例子来理解。魏奉思说：你拍一下自己的手，大脑瞬间感知到被拍，随即判断是蚊虫叮咬还是自己触碰的，然后决定是拍过去还是缩手。整个过程在毫秒内完成，能耗极低。

自然界的群体行为也遵循相似的逻辑。比如，数万只鸟受惊后能瞬间变换队形，彼此不会撞在一起，因为每只鸟都有自己的感知和应对机制，鸟群之间又通过信号形成信息互联。

魏奉思认为，未来低轨星座也应该具备类似能力：每颗卫星有自己的“大脑”，卫星之间再组成“大脑互联网”，协同运行。

谈及当前业界关注的太空AI算力方向时，魏奉思持不同看法。根据近日SpaceX招股书披露的信息，该公司计划最早2028年向低轨发射搭载GPU（图形处理器）、以太阳能供电的算力卫星，在太空中执行AI推理任务。对此，魏奉思认为，对于卫星这类能源和空间均受限的系统，这条路走不通。另外，太空中能源、散热、算力都受到严格约束，把地面的通用大模型和AI服务器直接搬到太空，也未必符合航天的实际需求。

魏奉思主张的技术路线叫“大脑智能”，核心特征是小数据、小模型、小能耗，基于空间物理的因果关系建模。他举了这样一个例子：车辆自动驾驶时前方出现行人，系统不能因为“有99%的概率不会撞上”就继续行驶，必须做出确定性的安全判断。他认为，卫星轨道控制是同样的道理，大气密度变化对轨道衰减的影响是明确的物理因果关系，可以建模计算。

谈及卫星大脑能否自主应对外部干扰时，魏奉思说，这正是卫星大脑要解决的核心问题之一。每颗卫星的能量都是有限的，卫星大脑的价值在于让卫星在有限能量条件下，依据感知、认知、行为的闭环机制，作出更优的自主决策。

魏奉思团队为“卫星大脑”规划了“三步走”的路线。

第一步，在地面实验室完成原理样机，验证星上数据处理、环境建模和应对建议生成等基本能力。这一步目前已基本完成，团队制作的原理样机外形像一个头盔，内部是计算平台，目前重量已压缩到10公斤以下，还在继续减重以满足上星要求。

第二步，将系统装上真实卫星，考验感知、认知和行为三套子系统在太空环境中能否正常运行并自主应对空间事件。

第三步，在空间站开展实验，进一步验证系统的稳定性和可靠性，科技部已将相关研究方向列入重点专项给予支持。

魏奉思说，目前美国尚未明确提出“卫星大脑”这一概念体系，中国在这个方向上有先发窗口。