2023-09-08 09:37:34 西盟科技资讯
2023年5月10日，长征七号遥七运载火箭在海南文昌发射场成功发射天舟六号货运飞船。由大连理工大学设计研制的辽宁省第一颗卫星，大连1号/连理卫星搭乘天舟六号货运飞船飞向太空。该卫星搭载OpenHarmony操作系统，能够在轨实现低成本亚米级高分辨率的海洋/对地观测。
这款卫星成功“上天”的背后是OpenHarmony在航空航天领域的又一次重大突破，在OpenHarmony的加持下，该卫星在系统的性能与可靠性上得到了大幅提升，标志着OpenHarmony的高性能和可靠性将得到充分验证，也体现了OpenHarmony强大的技术实力和高端科技行业的应用潜力。
那OpenHarmony是如何应用到大连1号/连理卫星上的?OpenHarmony的应用给该卫星带来了哪些性能上的提升?相比于其他实时操作系统，OpenHarmony有哪些优势?未来OpenHarmony还将给中国航天领域带来哪些变化?
带着这些问题，笔者采访了大连1号/连理卫星总指挥、大连理工大学航空航天学院教授于晓洲，了解到了他和团队如何将OpenHarmony应用到卫星研发的故事。
初识OpenHarmony：打破国外操作系统对我国微纳卫星发展的制约
于晓洲目前专注于微纳卫星的设计与研发，所谓微纳卫星是指重量1千克~100千克的卫星。微纳卫星因其体积小、重量轻、成本低、灵活性强、发射周期短等特点，逐渐成为太空探索的重要力量。同时由于微纳卫星近年来越来越多的用于复杂空间任务执行以及空间探测，需要超高的精度姿态确定与控制能力以及高速通信与数据处理能力等，因此对于操作系统的可靠性与实时性要求远高于一般的地面应用。而实时操作系统(RTOS)由于其及时响应能力与高可靠性，成为微纳卫星的首选操作系统。
于晓洲表示，长期以来微纳卫星缺少高性能的国产实时操作系统，前些年在疫情以及国际大环境的影响下，团队开始在微纳卫星的一些关键系统上使用国产芯片，而国外的操作系统对于国产芯片的支持并不完善，以至于很长一段时间团队使用国产芯片都处于“裸跑”的状态，导致卫星在运行时处理程序周期特别长、反应非常慢。
国内亟需一款既能适配国产芯片且性能足够好的实时操作系统，以打破国外操作系统对我国微纳卫星发展的制约。2020年9月份，华为将其自研终端操作系统HarmonyOS的基础能力贡献给开放原子开源基金会，由开放原子开源基金会整合其他参与者的贡献，形成了OpenHarmony开源项目。OpenHarmony从诞生之日起就定位于万物互联时代的操作系统，其目标是面向全场景、全连接、全智能时代，基于开源的方式，搭建一个智能终端设备操作系统的框架和平台，促进万物互联产业的繁荣发展。
OpenHarmony诞生之后，于晓洲很快就意识到了这一创新系统在微纳卫星领域的应用潜力，并在2021年底的时候与开放原子开源基金会建立了沟通渠道，随之开展早期合作。在于晓洲看来，OpenHarmony易于开发、支持基于不同硬件能力进行裁剪以及高效的数据与任务传输能力等特点能够很好满足卫星研发工作当中的各种需求。
随着OpenHarmony系统能力不断完善，主流芯片的不断适配，于晓洲认为时机已然成熟。于是在2022年初，由开放原子开源基金会牵头，中科院软件所、大连理工大学、清华大学、武汉大学、上海微小卫星创新研究院、长光卫星、爱太空科技、空天创客等共同成立了开源鸿蒙航天工作组(OpenHarmony In Space, OHIS)，大连理工大学为组长单位，由于晓洲担任工作组组长，合力推广国产实时操作系统在航空航天领域的应用。于晓洲也由此正式开启了他将OpenHarmony应用到卫星研发的旅程当中。
深耕OpenHarmony：“它的性能和可靠性让我安心”
在将OpenHarmony应用到大连1号/连理卫星的研发过程当中，于晓洲深刻地感受到：“在引入OpenHarmony之后，卫星的可靠性与处理能力大幅提升。我们在地面连续做了1000个小时的实验，发现卫星系统的运行始终很稳定，传输很可靠。”
在深入验证OpenHarmony之后，于晓洲认为，相比于其他操作系统，OpenHarmony的优势主要有三点：第一，OpenHarmony是国产操作系统，相比于国外的操作系统，OpenHarmony在技术支持上要好很多，在使用过程中遇到难题都有相关工作人员进行解答和处理，能够大幅减少研发的工作量，让团队专注于攻克更复杂的难题;第二，OpenHarmony适配的芯片和处理器更丰富，可以适用的卫星类型更广，相比于“裸跑”的卫星，搭载OpenHarmony的卫星在效率和稳定性上更好;第三，OpenHarmony在数据的处理能力和输出速率上更占优势，“以卫星里面的集成了太阳敏感器、磁强计以及陀螺仪的一体姿态测量系统为例，采用OpenHarmony优化后，系统平均响应速度大幅提高，从原来的2Hz，提高到了现在的20Hz以上。”
种种优势的叠加让卫星的研发事半功倍，最终在于晓洲团队的努力下，搭载OpenHarmony的大连1号/连理卫星在预设时间内研发成功并发射升空，这对于验证OpenHarmony操作系统在太空中运行的高可靠性与传输实时性具有重要价值和意义。
据于晓洲介绍，大连1号/连理卫星的主载荷为高分辨率多光谱相机，相机具有全色谱和多光谱共5个谱段，能够在轨实现低成本亚米级高分辨率的海洋/对地观测。在卫星设计过程中，多套卫星姿态控制系统单机采用了OpenHarmony实时操作系统与国产处理芯片综合方案的使用，让系统的性能与可靠性大幅提高。此外，这颗卫星还使用了创新的硝酸羟胺单组元模块推进系统，具有绿色无毒、能量高、功耗低、可预包装等特点，大幅提升了微纳卫星在轨快速机动能力。“目前大连1号/连理卫星系统已经开始发回数据，且运行状态一切正常。”
推广OpenHarmony：“让国外的卫星也用上中国的标准”
大连1号/连理卫星的成功升空仅仅是个起点，未来于晓洲还将从三个方面继续推进OpenHarmony在航空航天领域的应用与发展。
首先，将OpenHarmony推广到国内大型的国有航天企业和科研院所，运用到除微纳卫星以外的大型卫星以及飞船、空间站上，“其实他们都需要高可靠的操作系统，OpenHarmony在可靠性、实时性、适配性上的优势特别明显，我相信国内大型的航天企业和科研院所肯定会愿意用的。”
其次，和国内同行联合开展基于OpenHarmony的星载实时操作系统的宇航标准的编写，并不断改进和完善，将其推广到国内外的各个单位和研究机构，为OpenHarmony在国内外航空航天产业的进一步推广与应用打下良好基础。“据我所知，目前在航天领域星载系统缺少操作系统标准，我们把这个标准推出以后，向全世界推广，让国外也可以用上我们的标准，这也是我们基础研究科技自立自强的表现。”
最后，基于OpenHarmony系统开展航天教育与人才培养。“航天领域需要跨领域的复合型人才，而微纳卫星具有一般卫星的多学科交叉融合的特点，对于航天人才的培养能够发挥重要作用。此外，我也正计划成立一个学生俱乐部或社团，希望有兴趣的学生来一起参与一些卫星的研制工作，以此能培养出一批我国卫星研发领域的人才。”
OpenHarmony在航天领域的突破离不开像于晓洲教授这类人的付出与耕耘，操作系统的研发与推广周期长、见效慢，需要学术界、产业界等多方力量的共同努力。令人欣喜的是，除了航天领域，当前OpenHarmony还在医疗、交通、教育、金融、电力、超高清、政务、城市等多个行业落地生根，开枝散叶，使能千行百业数字化转型。期待更多优秀人才加入到OpenHarmony，共建使能千行百业的数字底座。
