“连理”升空 OpenHarmony 开启国产卫星系统星辰大海

在大连理工大学的实验室里，于晓洲说：“作为大连理工大学发射的第一颗卫星，同时也是辽宁省发射的第一颗卫星，其承载的新技术是一次机遇与挑战。”

5 月 10 日，天舟六号货运飞船在长征七号运载火箭的搭载下，扶摇而上奔赴空间站，发射任务取得圆满成功。由大连理工大学运载工程与力学学部航空航天学院科研团队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。

“卫星，是我的满腔热血与不遗余力”

大连 1 号—连理卫星的任务是与大连理工大学的 7.3m X 频段地面测控站进行配合，实现任务上行和数据下行的测控操作，主要开展低成本亚米级高分辨率的海洋、地面观测以及新技术验证。

作为大连 1 号—连理卫星的总指挥，大连理工大学航空航天学院教授于晓洲深知这颗卫星对自己以及大连理工大学的重要性。在他看来，近三年的研发是大连理工航空航天学院院长夏广庆与微纳卫星与电推进团队集体坚持的成果。为了顺利升空，这半年来每隔几天便跑一趟北京的辛苦也变成了甜。

于晓洲对卫星并不陌生，此前他已主持过多次卫星研发及发射任务，而夏广庆的研发邀请，让他激动万分，对于卫星，他仍希望倾注满腔热血，不遗余力。

大连 1 号—连理卫星对基础研究能够提供怎样的帮助，于晓洲谈到，以大连为例，作为海洋城市，拥有大量海洋产业，海洋遍布密集航路，通过卫星可以辅助大连进行海洋产业规划。大连 1 号—连理卫星在技术上取得的国际性突破，作为一颗 20 公斤级的微纳卫星（一般指质量在 1~100 公斤之间的卫星）搭载的一台高分辨率多光谱相机，可以在轨全色谱段实现亚米级分辨率，并用于对地观测，可有效为大连农业应用、城市规划提供助力。

技术突破的背后是一次又一次想要放弃的绝望和坚持到底的决心斗争的结果。韧性铸就了创新技术的大连 1 号—连理卫星，也让其在国际上有了自己的名号。于晓洲对此深有感触，“在卫星研发项目立项初期，遇到了新冠肺炎疫情等客观条件的阻碍，很多元器件无法第一时间获得；不少零部件无法加工；进口系统单机价格飞涨等原因导致困难重重。尤其在一次需要与飞船对接测试前的检测中发现缺少器件，但实现对接，该器件不可或缺。挡在对接成功面前的不是价格和匹配问题，而是寻路无门。跑遍了电子市场、上网寻觅，后来到郑州才买到，随后又为了能够在疫情期间与对接测试时间抢跑，辗转三个城市及时赶到北京才完成测试。”

“缺芯少系统，是时候自己上了”

由于与传统卫星姿态与轨道控制动力系统采用的推进剂不同，这颗卫星使用的新型推进系统既可大幅提升卫星在轨快速机动能力，还具有无毒、能量高、功耗低、可预包装等特点。

于晓洲提到，以往由于缺少适用于微纳卫星的国产操作系统，制约了我国微纳卫星的发展。而在 2021 年，国内多家航天研制单位联合开发了一系列基于 OpenHarmony 的高性能微纳卫星单机。而此次大连 1 号—连理卫星其中搭载的就是 OpenHarmony 经过二次开发，采用了国产芯片运行的操作系统，其大幅提高了卫星的可靠性与实时性。

在国内外两种系统及芯片的对比中，于晓洲发现，以往为了稳定一直采用的国外解决方案在大环境影响下恐有不确定因素发生，而在关键系统中采用国产处理器是一个很重要的决定。在适配过程中，于晓洲亲自对比了两款处理器的性能，测试结果基本接近，同时国产处理器的成本低，售后更及时，也让团队一致认可了国产方案。为了能够在国产系统的设计上更加精进，团队因此引入了对国产芯片适配更好的 OpenHarmony 操作系统，于晓洲也正式开启了将 OpenHarmony 应用到卫星的研发之路。随后更是在 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，负责开展基于 OpenHarmony 的航天高可靠实时操作系统的研究与应用推广。

于晓洲谈到，“OpenHarmony 的加入，为卫星分系统可靠性提供了更优的解决方案，从而分担了不少运行压力，可以更好地投入到整体效率的提升改进。国外卫星大多采用高性能、高可靠的实时操作系统，在微纳卫星领域，大多数采用 free RTOS 开源操作系统，免费提供的原因也让早期国内卫星尝到了‘甜头’，但如今看来与‘裸跑’差不多。而这样的局面也让国产卫星陷入到较为尴尬的境地，如果没有国外芯片的支持，开源操作系统便失去了效果，被整体裹挟的系统与硬件也成为了国内研发人员需要跨越技术研发的桎梏。”

“连理升空，为航空航天人才培养蹚出一条路”

科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。六十多年来，中国航天不断推动自主创新，从白手起家建立“两弹一星”的丰功伟绩，到以载人航天、月球探测等为代表的重大航天工程屡获突破，为加快建设航天强国作出积极贡献。于晓洲说：“芯片短缺时，向外求购价格涨了 10 倍，研发过程陷入被动，让我们不得不调转方向选择国产芯片，也从另一个角度催促我们在产业的各个研发关口上加速。”

《“十四五”智能制造发展规划》提出，坚持创新在我国现代化建设全局中具有核心地位，《规划》把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。实现高水平科技自立自强是一个复杂的系统工程，加强基础研究是高水平科技自立自强的迫切要求和根基所在。于晓洲对此深有感触，基础研究研究周期长，要耐得住寂寞，例如芯片研发难度极大，与国外有明显差距，但是就算这样，依然需要沉下心搞科研。随着技术进步，当下不少国产技术实现突破，而在航天领域中的不少研究所对操作系统研发都很重视，希望能够一同投入研发，制定自己的标准，OpenHarmony 的加入恰逢其时，为航天事业的发展贡献了不小的力量。“目前我们也在和同行联合制定基于 OpenHarmony 的星载实时操作系统的宇航标准，希望制定出来后，向全世界推广，让国外的卫星也能用上中国的标准。”

不同单位和企业也表达了对大连 1 号—连理卫星的支持，开放原子开源基金会理事长孙文龙还曾到大连理工大学在华为开发者大会 2023 的展位上进行了参观。他表示，OpenHarmony 搭载大连 1 号—连理卫星成功发射，丰富了 OpenHarmony 的使用场景，促进了 OpenHarmony 社区的繁荣，真正实现了 OpenHarmony 的上天入地。他希望以连理卫星为起点，能有更多航天人推动开源体系建设，释放开源发展潜能，推动 OHIS 高质量发展。华为常务董事、消费者 BG CEO 余承东还在今年华为开发者大会首日演讲中把大连 1 号-连理卫星作为行业应用案例进行展示。据悉，随着大连 1 号—连理卫星、某电磁双星、爱太空科学号等一系列卫星项目使用了 OpenHarmony 操作系统，未来将会有更多的卫星项目选择 OpenHarmony。

作为大连理工大学乃至辽宁省首颗发射的卫星，大连 1 号—连理卫星的成功发射无疑为大连理工大学的卫星研制和发射工作开了好头。根据规划，未来于晓洲还将继续研制新的卫星。于晓洲谈到，对于未来卫星的研发方向，一是集中科研力量，研发更高端的科研卫星；二是组织学生作为研发主体，研制一些以锻炼学生科研和动手能力为主要目的的教学卫星。由于航空航天人才培养的试错条件极其严苛，对可靠性要求极高，而航空航天人才又都是跨领域及交叉学科，培养过程充满挑战。夏广庆曾表示，大连 1 号—连理卫星的成功发射固然重要，但我们更希望借此为学校的学科建设和人才培养蹚出一条路。

66 年前，人类第一颗人造地球卫星“斯普特尼克 1 号”升空飞行，宣告人类航天时代的到来。那一刻，人类心中的探索欲望得到了释放，开始触及遥不可及的星辰大海，拓展宇宙的边界，如今，人类可以触及无边无际的星际，把目光投向更遥远的星系，发射卫星，载人航天，探测月球、火星，不断书写着太空探索的新篇章，不仅是实现梦想和挑战未知，更重要的是拓展人类的生存和发展空间。大连 1 号—连理卫星仅仅是中国航空航天历史上的一颗璀璨明珠，但也代表了一代中国航空航天科研人的壮志雄心。