2023年5月10日，長征七號遙七運載火箭在海南文昌發射場成功發射天舟六號貨運飛船。由大連理工大學設計研制的遼寧省第一顆衛星，大連1號/連理衛星搭乘天舟六號貨運飛船飛向太空。該衛星搭載OpenHarmony操作系統，能夠在軌實現低成本亞米級高分辨率的海洋/對地觀測。
這款衛星成功“上天”的背后是OpenHarmony在航空航天領域的又一次重大突破，在OpenHarmony的加持下，該衛星在系統的性能與可靠性上得到了大幅提升，標志著OpenHarmony的高性能和可靠性將得到充分驗證，也體現了OpenHarmony強大的技術實力和高端科技行業的應用潛力。
那OpenHarmony是如何應用到大連1號/連理衛星上的?OpenHarmony的應用給該衛星帶來了哪些性能上的提升?相比于其他實時操作系統，OpenHarmony有哪些優勢?未來OpenHarmony還將給中國航天領域帶來哪些變化?
帶著這些問題，筆者采訪了大連1號/連理衛星總指揮、大連理工大學航空航天學院教授于曉洲，了解到了他和團隊如何將OpenHarmony應用到衛星研發的故事。
初識OpenHarmony：打破國外操作系統對我國微納衛星發展的制約
于曉洲目前專注于微納衛星的設計與研發，所謂微納衛星是指重量1千克~100千克的衛星。微納衛星因其體積小、重量輕、成本低、靈活性強、發射周期短等特點，逐漸成為太空探索的重要力量。同時由于微納衛星近年來越來越多的用于復雜空間任務執行以及空間探測，需要超高的精度姿態確定與控制能力以及高速通信與數據處理能力等，因此對于操作系統的可靠性與實時性要求遠高于一般的地面應用。而實時操作系統(RTOS)由于其及時響應能力與高可靠性，成為微納衛星的首選操作系統。
于曉洲表示，長期以來微納衛星缺少高性能的國產實時操作系統，前些年在疫情以及國際大環境的影響下，團隊開始在微納衛星的一些關鍵系統上使用國產芯片，而國外的操作系統對于國產芯片的支持并不完善，以至于很長一段時間團隊使用國產芯片都處于“裸跑”的狀態，導致衛星在運行時處理程序周期特別長、反應非常慢。
國內亟需一款既能適配國產芯片且性能足夠好的實時操作系統，以打破國外操作系統對我國微納衛星發展的制約。2020年9月份，華為將其自研終端操作系統HarmonyOS的基礎能力貢獻給開放原子開源基金會，由開放原子開源基金會整合其他參與者的貢獻，形成了OpenHarmony開源項目。OpenHarmony從誕生之日起就定位于萬物互聯時代的操作系統，其目標是面向全場景、全連接、全智能時代，基于開源的方式，搭建一個智能終端設備操作系統的框架和平臺，促進萬物互聯產業的繁榮發展。
OpenHarmony誕生之后，于曉洲很快就意識到了這一創新系統在微納衛星領域的應用潛力，并在2021年底的時候與開放原子開源基金會建立了溝通渠道，隨之開展早期合作。在于曉洲看來，OpenHarmony易于開發、支持基于不同硬件能力進行裁剪以及高效的數據與任務傳輸能力等特點能夠很好滿足衛星研發工作當中的各種需求。
隨著OpenHarmony系統能力不斷完善，主流芯片的不斷適配，于曉洲認為時機已然成熟。于是在2022年初，由開放原子開源基金會牽頭，中科院軟件所、大連理工大學、清華大學、武漢大學、上海微小衛星創新研究院、長光衛星、愛太空科技、空天創客等共同成立了開源鴻蒙航天工作組(OpenHarmony In Space, OHIS)，大連理工大學為組長單位，由于曉洲擔任工作組組長，合力推廣國產實時操作系統在航空航天領域的應用。于曉洲也由此正式開啟了他將OpenHarmony應用到衛星研發的旅程當中。
深耕OpenHarmony：“它的性能和可靠性讓我安心”
在將OpenHarmony應用到大連1號/連理衛星的研發過程當中，于曉洲深刻地感受到：“在引入OpenHarmony之后，衛星的可靠性與處理能力大幅提升。我們在地面連續做了1000個小時的實驗，發現衛星系統的運行始終很穩定，傳輸很可靠。”
在深入驗證OpenHarmony之后，于曉洲認為，相比于其他操作系統，OpenHarmony的優勢主要有三點：第一，OpenHarmony是國產操作系統，相比于國外的操作系統，OpenHarmony在技術支持上要好很多，在使用過程中遇到難題都有相關工作人員進行解答和處理，能夠大幅減少研發的工作量，讓團隊專注于攻克更復雜的難題;第二，OpenHarmony適配的芯片和處理器更豐富，可以適用的衛星類型更廣，相比于“裸跑”的衛星，搭載OpenHarmony的衛星在效率和穩定性上更好;第三，OpenHarmony在數據的處理能力和輸出速率上更占優勢，“以衛星里面的集成了太陽敏感器、磁強計以及陀螺儀的一體姿態測量系統為例，采用OpenHarmony優化后，系統平均響應速度大幅提高，從原來的2Hz，提高到了現在的20Hz以上。”
種種優勢的疊加讓衛星的研發事半功倍，最終在于曉洲團隊的努力下，搭載OpenHarmony的大連1號/連理衛星在預設時間內研發成功并發射升空，這對于驗證OpenHarmony操作系統在太空中運行的高可靠性與傳輸實時性具有重要價值和意義。
據于曉洲介紹，大連1號/連理衛星的主載荷為高分辨率多光譜相機，相機具有全色譜和多光譜共5個譜段，能夠在軌實現低成本亞米級高分辨率的海洋/對地觀測。在衛星設計過程中，多套衛星姿態控制系統單機采用了OpenHarmony實時操作系統與國產處理芯片綜合方案的使用，讓系統的性能與可靠性大幅提高。此外，這顆衛星還使用了創新的硝酸羥胺單組元模塊推進系統，具有綠色無毒、能量高、功耗低、可預包裝等特點，大幅提升了微納衛星在軌快速機動能力。“目前大連1號/連理衛星系統已經開始發回數據，且運行狀態一切正常。”
推廣OpenHarmony：“讓國外的衛星也用上中國的標準”
大連1號/連理衛星的成功升空僅僅是個起點，未來于曉洲還將從三個方面繼續推進OpenHarmony在航空航天領域的應用與發展。
首先，將OpenHarmony推廣到國內大型的國有航天企業和科研院所，運用到除微納衛星以外的大型衛星以及飛船、空間站上，“其實他們都需要高可靠的操作系統，OpenHarmony在可靠性、實時性、適配性上的優勢特別明顯，我相信國內大型的航天企業和科研院所肯定會愿意用的。”
其次，和國內同行聯合開展基于OpenHarmony的星載實時操作系統的宇航標準的編寫，并不斷改進和完善，將其推廣到國內外的各個單位和研究機構，為OpenHarmony在國內外航空航天產業的進一步推廣與應用打下良好基礎。“據我所知，目前在航天領域星載系統缺少操作系統標準，我們把這個標準推出以后，向全世界推廣，讓國外也可以用上我們的標準，這也是我們基礎研究科技自立自強的表現。”
最后，基于OpenHarmony系統開展航天教育與人才培養。“航天領域需要跨領域的復合型人才，而微納衛星具有一般衛星的多學科交叉融合的特點，對于航天人才的培養能夠發揮重要作用。此外，我也正計劃成立一個學生俱樂部或社團，希望有興趣的學生來一起參與一些衛星的研制工作，以此能培養出一批我國衛星研發領域的人才。”
OpenHarmony在航天領域的突破離不開像于曉洲教授這類人的付出與耕耘，操作系統的研發與推廣周期長、見效慢，需要學術界、產業界等多方力量的共同努力。令人欣喜的是，除了航天領域，當前OpenHarmony還在醫療、交通、教育、金融、電力、超高清、政務、城市等多個行業落地生根，開枝散葉，使能千行百業數字化轉型。期待更多優秀人才加入到OpenHarmony，共建使能千行百業的數字底座。
