IAA宇航研究小組——空間系統的跨系統兼容性
當前，由經濟利益驅動或由科學目標驅動的國際科研合作已經取得了許多成果。但是，在空間領域，國際空間系統合作還存在許多障礙，其中政治和法律問題是主要的。
空間系統跨系統兼容性致力於加強在軌空間系統及其地面設備的跨系統操作能力。通過跨系統數據結構的標準化及數據交互性，促進航天技術的國際合作，降低航天項目的成本，促進航天生產製造管理更標準化和現代化。
1、空間系統跨系統兼容性研究的驅動因素
技術發展：相比冷戰時期，世界各國巨大的工業差距，特別是在航天方面。當今世界各國在這方面差距已經變得很小，在全球化的驅動下，國際社會的融合變得越來越明顯。
管理模式：在當前的國際化環境下，有必要加強國際航天之間的互動，但是也存在ITAR（美國國際武器貿易條例）等管理規制，它們對國際航天合作進一步發展構成了嚴重障礙。
國際法方面：聯合國憲章是國際問題處理的基本原則，類似《外層空間條約》等相關國際法規為國際合作制定了原則，外空條約第三條指出外層空間是全人類共同的財富，外空活動應該堅守這一原則。
新興航天國家：隨著發展中國家經濟和工業實力的快速增長，特別是金磚國家。一批新興的航天國家迅速崛起，並且它們與傳統航天強國差距正在迅速變小，這也促使了國際航天合作的加強。
各國法律協調：在不同國家的不同法律秩序之間，對於合作與競爭的規定和要求也不同，有些法律傾向鼓勵對外合作，而有些法律在這方面要嚴格。
空間活動安全：通過加強航天活動的國際合作，特別是在空間系統兼容方面的合作，可以發揮各國家在航天方面的優勢，降低航天活動的成本，提高技術的可靠性和安全性。
國際標準和規範：當前，上沒有針對國際空間合作與利用的標準和規範。但是建立類似的標準和規範是很重要的，例如要求發射國為其造成的空間物體損壞承擔責任的準則。
責任標準的校準：儘管針對當前外空活動國際責任問題領域缺乏權威的先例和標準，但是對國際責任問題的測定還是需要制定一定的標準。當前，和平利用外空（UNCOPUOS）已經在這方面做出了有益嘗試。
2、跨系統兼容性的基本要素與案例
模塊化、標準化是跨系統兼容的兩個最關鍵的因素，也是前提。任何系統，只有在模塊化的基礎上，實現了介面的標準化，才能夠實現即插即用的功能，進而降低成本、提高效率。在這方面，NASA已經有了40多年的實踐經驗。
1）NASA GSFC模塊化、自適應、可重構系統（MARS）
NASA在戈達德太空飛行中心（GSFC）40年模塊化系統設計經驗的基礎上，提出的一種模塊化設計方案。該方案基於兩個原則：在各種集成層次上都具備可選擇性和重用性；這些模塊化組件必須使用標準介面並遵循即插即用原則。
圖1 MARS模塊化設計實現多用途衛星
2）靈活的積木結構用於低軌微型衛星
該結構繼承了NASA多任務模塊化系統系列飛船的設計方案，並將其用於微型衛星平台設計。在這種方案下，微型衛星平台被劃分為以下三個模塊：服務模塊，實現衛星功能的核心模塊；載荷架，用於放置載荷和其他單元；推進模塊。
圖2積木式低軌微小衛星方案示意
3）基於匯流排即插即用的快速空間設施開發
在歐洲，SpaceWire已經成為非常通用的通信標準。SpaceWire是一種星上集成的、簡易的、快速的、低功耗並且可靠的數據通信集成標準。
PETSAT概念使用了一種基本的即插即用介面方案，並在2004年應用於SOHLA-2衛星的設計。
PETSAT方案下，任何一個衛星模塊必須堅持以下原則：每個功能板必須達到航天工業標準，具有足夠的可靠性和低成本；在特定的功能目標下，功能板能夠通過標準介面快速連接組裝。
5）模塊化的飛行軟體開發方案
飛行軟體開發一般都會遵循客戶定製、模塊高耦合的模式，並集成到一個獨立的晶元中。但是，這種模式限制了飛行軟體開發的模塊化。在模塊化飛行軟體開發方案中，引入了標準術語、數據流、集成項目控制結構，提高了飛行軟體的模塊化。
6）模塊化、即插即用地基系統架構
NASA戈達德任務服務評估中心（GMSEC）的架構提供了一種可重用、跨系統兼容的地基系統架構。通過這種架構，系統能夠快速整合一些應用或這數據。
圖4 GMSEC系統架構
通過上述應用，模塊化、通用介面的跨系統兼容架構應該堅持一下基本原則：1）將需要跨系統兼容的內容最小化；2）消除跨系統傳輸中可能出現的潛在錯誤；3）時間效率優先，其次是經濟成本。
3、研究結論與建議
跨系統兼容需要國際各方深入的共同努力，包括空間系統和地面系統等各個方面。但是，政治、經濟方面的阻礙是目前這方面的最大困難。除非，有一些國家已經形成了固定的合作關係，在這方面國際空間站成為一個很成功的範例。
*以上內容摘自國際宇航科學院研究小組報告，若您對報告內容感興趣，請聯繫國際宇航科學院研究中心
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