李宗凌 宋桂萍 汪路元 于登云

(1 北京理工大學 信息與電子學院，北京 100081)(2 北京空間飛行器總體設計部，北京 100094)(3 中國航天科技集團有限公司，北京 100048)

萬顆規(guī)模以上衛(wèi)星節(jié)點構成的巨型星座是天基系統(tǒng)未來發(fā)展方向，應用領域涵蓋通信、導航、遙感、深空探測等，擁有巨量傳感器、計算、存儲和通信等資源，可提供廣域時空覆蓋、精準特性感知、高效信息獲取和全域互聯(lián)互通等能力[1]。各國爭相開始大規(guī)模網(wǎng)絡化星座建設，掀起一股浪潮。

2018年4月，美國國防部先進研究項目(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)開始實施黑杰克(Blackjack)計劃，尋求研發(fā)具有較低尺寸、質量、功耗及成本特征的低軌軍事通信與監(jiān)視衛(wèi)星，包括低成本衛(wèi)星有效載荷和商業(yè)化衛(wèi)星平臺。為降低集成風險，Blackjack計劃將為每個航天器開發(fā)一個名為“賭場指揮官”(Pit Boss)的航天電子單元，實現(xiàn)星座自主管控，靈活快速地對信息進行收集、處理和分配，實現(xiàn)多源信息的處理、預測與分析。

2019年3月，美國防部成立太空發(fā)展局(Space Development Agency，SDA)，提出國防太空體系(National Defense Space Architecture，NDSA)七層架構，利用低軌大規(guī)模星座、人工智能、操作系統(tǒng)等先進技術構建“全域感知目指，云端智能服務”的天基網(wǎng)云體系[2]。

隨著大規(guī)模星座建設推進，大量航天器進入太空，星座節(jié)點的高效管理及智能應用非常急迫，成為業(yè)內研究熱點。本文圍繞巨型星座高效管理及智能應用需求，提煉巨型星座核心共性基礎功能，研究其中關鍵技術。通過操作系統(tǒng)這一技術手段，研制面向巨型星座復雜應用場景的巨型星座操作系統(tǒng)，作為上述巨型星座核心共性基礎功能的軟件載體，構建巨型星座的統(tǒng)一基礎軟件平臺和信息基座，有效支撐巨型星座高效建設及能力快速形成。

1 問題提出

近年來，以星鏈、一網(wǎng)為代表的大規(guī)模星座網(wǎng)絡已展開建設并初步形成能力[3]。截至2022年10月，SpaceX公司已累計發(fā)射3558顆星鏈衛(wèi)星，具備全球通信能力。大規(guī)模星座的快速部署可以更好滿足我國發(fā)展經(jīng)濟、服務大眾民生的需求，也是我國占據(jù)空間軌位和頻率資源的必然要求，已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，并被納入“新基建”。巨型星座資源管理、互聯(lián)互通、協(xié)同應用、自主運控和安全可信等作為巨型星座系統(tǒng)核心共性基礎功能及應用需求[4]，是實現(xiàn)巨型星座高效管理及智能應用的關鍵難點。

操作系統(tǒng)是管理硬件與軟件資源的基礎軟件，發(fā)展至今，精準匹配應用需求是發(fā)展的主流路線，新場景的出現(xiàn)都會催生出新的領域操作系統(tǒng)。因此，巨型星座場景必然會有相應的操作系統(tǒng)作為核心基礎設施支撐應用，發(fā)揮其體系效能。雖然全球大規(guī)模星座已開展建設，但是巨型星座操作系統(tǒng)研究還處于起步階段，基本采用在單星操作系統(tǒng)上改進或針對具體場景定制應用軟件的技術途徑，無法滿足巨型星座復雜場景下互聯(lián)互通、靈活組網(wǎng)、資源共享、軟件定義復雜應用、安全可信等全新應用需求。

當前星載操作系統(tǒng)主要分為單星操作系統(tǒng)及星座操作系統(tǒng)兩類。單星操作系統(tǒng)以輕量化、強實時、高可靠為基本需求，完成系統(tǒng)任務管理調度、任務間通信、內存管理等功能，支撐實現(xiàn)星務管理、平臺姿態(tài)和載荷控制等基礎功能，包含Vxworks、Linux、RTEMS、μC/OS-II、eCOS等典型操作系統(tǒng)[5]。星座操作系統(tǒng)在單星操作系統(tǒng)基礎上，需要具備星座節(jié)點管控、互聯(lián)互通、智能協(xié)同以及安全可信等增量功能[6]。美國SpaceX公司的星鏈衛(wèi)星裝載了帶有自定義補丁和驅動程序的Linux操作系統(tǒng)，通過這種改進版分布式Linux實時操作系統(tǒng)與硬件交互，滿足衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應用需求[7]。美國DARPA推出的Black-jack項目通過Pit Boss實現(xiàn)星座管理、節(jié)點互聯(lián)互通、智能協(xié)同以及信息安全等應用需求，其中的核心技術之一為智能操作系統(tǒng)[8]。

操作系統(tǒng)軟件在各類計算機應用中的核心地位，其設計已經(jīng)得到國際學術界的廣泛重視，取得很大進展。但是，巨型星座場景下操作系統(tǒng)的研究總體來說仍然處于探索階段，尚面臨很多挑戰(zhàn)。對于巨型星座信息系統(tǒng)構建及應用，傳統(tǒng)面向具體場景通過星座管控組網(wǎng)、天基傳感器管理調度、星座天地一體測運控、星座信息安全、在軌多源數(shù)據(jù)智能解譯等“一事一議”定制改進的設計方法，沒有構建統(tǒng)一的基礎軟件平臺，難以形成有效的知識積累、軟硬件生態(tài)、標準化貨架產(chǎn)品以及提升巨型星座建設和應用效率。

2 關鍵技術及解決思路

針對巨型星座復雜應用場景，構建巨型星座信息基座——巨型星座操作系統(tǒng)，本文對巨型星座操作系統(tǒng)研制時涉及的體系架構、高效內核、融合組網(wǎng)、安全可信、生態(tài)體系等關鍵技術進行梳理分析，并提供初步的解決思路。

2.1 體系架構關鍵技術

架構定義涵蓋需求、層次結構、功能結構、層間接口、內核架構、協(xié)議架構、安全架構等內容，是實現(xiàn)巨型星座操作系統(tǒng)研制的核心基礎和難點。

采用系統(tǒng)工程、多級分層軟硬件抽象和接口標準化方法，對巨型星座系統(tǒng)進行建模，模型如圖1所示，主要包含海量硬件資源、操作系統(tǒng)內核、操作系統(tǒng)應用框架以及巨量應用軟件等層次架構。

注：SDK為軟件開發(fā)工具包；DSP為數(shù)字信號處理器；FPGA為現(xiàn)場可編程門陣列；SPARC為可擴充處理器架構；RISC-V為第五代精簡指令集計算架構；ARM為精簡指令集計算架構微處理器。圖1 巨型星座管理及應用模型Fig.1 Management and application model of mega-constellation

海量硬件資源主要由CPU、ARM、FPGA、DSP、XPU等處理器構成，各處理器間基于分布式軟總線，利用消息模式進行信息交互和任務協(xié)同，主要完成巨型星座系統(tǒng)中數(shù)據(jù)級處理。

內核主要完成海量硬件、軟件資源抽象管理和高效調度，包含系統(tǒng)軟件安全實時內核以及系統(tǒng)服務功能模塊。采用功能最小化設計原則，為上層運行的操作系統(tǒng)服務提供基礎抽象，但不實現(xiàn)具體提供給應用程序使用的功能，主要完成巨型星座系統(tǒng)中信息級處理。

應用框架是便于操作系統(tǒng)服務通信、導航、遙感等多類型空間任務設定，采用模塊化、定制化設計，具備規(guī)模可伸縮和功能可裁剪特點，包含用戶分級服務、資源庫管理、知識庫管理、任務協(xié)同以及平臺運控等功能模塊，主要完成巨型星座系統(tǒng)中任務級處理。

應用軟件是操作系統(tǒng)通過軟件定義衛(wèi)星功能的核心，通過不斷豐富、改進星載軟件和算法，將衛(wèi)星平臺和有效載荷的功能盡可能地遷移到計算平臺之上，改用軟件實現(xiàn)。通過軟件和算法的快速迭代和演化，實現(xiàn)衛(wèi)星產(chǎn)品的持續(xù)演進，主要完成巨型星座系統(tǒng)中服務級處理。

綜上，根據(jù)巨型星座核心共性基礎功能和后續(xù)持續(xù)演化需求，精細定義每個層次的功能，在不影響其他層次的前提下，根據(jù)技術的進步或需求的變化，自由地替換某一層次的具體實現(xiàn)方式，實現(xiàn)快速高效的功能重構和升級。

2.2 高效內核關鍵技術

內核是巨型星座操作系統(tǒng)的基礎，對下管控硬件，對上提供抽象，負責資源管理與任務調度。面向巨型星座復雜應用場景，巨型星座操作系統(tǒng)內核需要滿足輕量化、低時延及強容錯等需求。

面向不同的應用場景，操作系統(tǒng)種類很多、功能豐富各異，按內核結構主要分為宏內核結構操作系統(tǒng)、簡要結構操作系統(tǒng)、外核結構操作系統(tǒng)、微內核結構操作系統(tǒng)[9]。操作系統(tǒng)內核典型架構頻譜如圖2所示，架構詳細介紹如下。

圖2 操作系統(tǒng)內核典型架構頻譜Fig.2 Spectrum of typical architecture of operating system kernel

簡要結構操作系統(tǒng)：該結構將應用程序與操作系統(tǒng)運行在相同的特權級別和同一個地址空間中，主要面向不支持地址空間隔離或特權隔離等功能的嵌入式設備以及僅需要運行單個程序的簡單場景。這種結構的一個優(yōu)勢是應用程序和操作系統(tǒng)之間的交互簡單且快速。但也正因如此，應用程序中的錯誤可能直接導致整個系統(tǒng)崩潰。該操作系統(tǒng)結構缺乏可持續(xù)演進能力，在面向異構星載硬件資源等方面擴展能力較差。

外核結構操作系統(tǒng)：外核結構通過將硬件抽象封裝到與應用程序直接鏈接的庫操作系統(tǒng)中，而庫操作系統(tǒng)是應用程序開發(fā)人員自主配置或者自行開發(fā)的。在運行時，庫操作系統(tǒng)和應用程序運行在同一個地址空間并運行在用戶態(tài)，外核不提供具體抽象而僅負責保證多個應用程序能夠安全且高效地共享硬件資源。但是，在面向復雜場景，庫操作系統(tǒng)將會變得非常復雜，甚至相當于一個完整的宏內核，從而喪失外核架構本身的優(yōu)勢。

宏內核結構操作系統(tǒng)：整個操作系統(tǒng)都運行在內核態(tài)且屬于同一地址空間。操作系統(tǒng)中所有的模塊組件，如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡棧、硬件驅動、進程管理等，都運行在具有特權的內核態(tài)。宏內核結構操作系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢為擁有良好的生態(tài)。不過，宏內核結構操作系統(tǒng)架構缺乏系統(tǒng)隔離、在安全和可靠方面存在不足，難以使用形式化方法進行驗證。

微內核結構操作系統(tǒng)：微內核結構操作系統(tǒng)包括運行在內核態(tài)的微核和運行在用戶態(tài)的若干操作系統(tǒng)功能模塊，比如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議棧、硬件驅動等。微核本身代碼量很少，主要包括支撐上層系統(tǒng)服務運行、提供不同系統(tǒng)服務之間通信能力等必要機制；不同系統(tǒng)服務運行在用戶態(tài)及不同的地址空間中，彼此隔離。通過微核提供的通信能力進行交互協(xié)同，從而為應用程序提供服務。微內核結構操作系統(tǒng)的架構優(yōu)勢在于擁有更好的容錯性和安全性，保證不同系統(tǒng)服務之間的隔離，即使某個系統(tǒng)服務出現(xiàn)故障或受到安全攻擊，也不會直接導致整個操作系統(tǒng)崩潰或被攻破。此外，微內核結構操作系統(tǒng)比較方便為不同場景定制不同的系統(tǒng)服務，從而更好適應不同應用需求。

綜上，圍繞巨型星座任務需求，選用全自主研發(fā)微內核結構操作系統(tǒng)的技術路線，在輕量化、可控時延、運行效率、可靠性、安全性、擴展性以及自主軟件生態(tài)構建等方面優(yōu)勢明顯，滿足巨型星座復雜應用場景需求。

2.3 融合組網(wǎng)關鍵技術

節(jié)點間互聯(lián)互通、靈活組網(wǎng)是實現(xiàn)巨型星座高效管理及智能應用的基礎。巨型星座場景下，空間網(wǎng)絡具有網(wǎng)絡復雜、規(guī)模巨大、高動態(tài)拓撲、故障難以預測等特點，為網(wǎng)絡的實時性和可靠性帶來了挑戰(zhàn)[9]。因此，需要結合操作系統(tǒng)對整個網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計。

采用SDN(軟件定義網(wǎng)絡)作為基本技術路線，采用分級管控與分域管控兩大技術路線來實現(xiàn)。分級管控是提升網(wǎng)絡對單個網(wǎng)絡的可管控規(guī)模，分域管控則是將大網(wǎng)劃分為可相對獨立管控的小網(wǎng)，兩條路線結合，可以實現(xiàn)對萬顆規(guī)模以上衛(wèi)星實時、高效、優(yōu)化、魯棒的管控，如圖3所示。

圖3 高效網(wǎng)絡管控架構Fig.3 Efficient network management and control architecture

首先，分域管控是將萬顆規(guī)模以上衛(wèi)星劃分為多個相對獨立的、較小的網(wǎng)絡域，對每個獨立的網(wǎng)絡域進行分而治之，不同網(wǎng)絡域之間內部信息互不干擾，只提供抽象層面的路由與協(xié)作接口，可以以指數(shù)級的速度降低衛(wèi)星節(jié)點規(guī)模對于網(wǎng)絡整體管控的可擴展性壓力。

面向萬顆規(guī)模以上衛(wèi)星節(jié)點的管控需求，衛(wèi)星網(wǎng)絡基于星座功能和軌道特征兩種規(guī)則進行劃分。首先，將衛(wèi)星網(wǎng)絡按照功能劃分為多個星座，如遙感星座、通信星座、氣象星座、導航星座等；基于上述劃分，針對規(guī)模比較大的星座進一步劃分為規(guī)模更小的網(wǎng)域，按照相對穩(wěn)定的組網(wǎng)結構進行劃分，比如一個軌道面的衛(wèi)星劃分為一個網(wǎng)域。一般情況下，一個網(wǎng)域的規(guī)模不超過200個節(jié)點。

其次，針對海量節(jié)點導致的軟件定義網(wǎng)絡(SDN)控制平面擴展性不足的問題，采用分布式多控制器協(xié)同控制衛(wèi)星網(wǎng)絡。將地面控制器分為中心控制節(jié)點和分布式控制節(jié)點：中心控制節(jié)點由控制器集群構成，提供全網(wǎng)拓撲和路由轉發(fā)策略的統(tǒng)一獲取和管理，實現(xiàn)全局流量調度和網(wǎng)絡優(yōu)化；分布式控制節(jié)點采用分布式部署，負責部分天基網(wǎng)絡節(jié)點的管控，處理不需要進行全局決策的網(wǎng)絡控制請求，能夠有效降低網(wǎng)絡操作的響應時延，避免不必要的長距離傳輸[10]。

綜上，構建巨型星座操作系統(tǒng)作為天基網(wǎng)絡組網(wǎng)、調度、控制及管理的核心，滿足天基網(wǎng)絡節(jié)點、路由轉發(fā)策略的高效協(xié)同管控。

2.4 安全可信關鍵技術

操作系統(tǒng)作為巨型星座的核心基礎設施，其可信與安全是空間數(shù)據(jù)資產(chǎn)安全的基礎。巨型星座的組網(wǎng)方式?jīng)Q定了其節(jié)點在空間領域呈現(xiàn)分布式的特點。因此，操作系統(tǒng)的技術架構亟需完成由集中式向分布式轉變。同時，考慮星上的實際處理能力，衛(wèi)星節(jié)點間需要相互合作，保證在有效控制和管理自身計算、存儲及網(wǎng)絡資源的同時完成指定任務。

如圖4所示，操作系統(tǒng)采用一種基于分布式基礎架構和計算方式的區(qū)塊鏈技術，保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問全鏈路安全的“云-邊-端”可信與安全架構。

圖4 “云-邊-端”分布式安全可信體系Fig.4 Cloud-edge-end distributed security and credibility system

根據(jù)巨型星座操作系統(tǒng)中不同節(jié)點所控制資源的不同和具體的功能需求[11]，對“云-邊-端”分布式協(xié)同可信與安全架構作出以下定義。

核心云節(jié)點：將控制關鍵存儲、計算和網(wǎng)絡資源的衛(wèi)星作為核心云節(jié)點。核心云節(jié)點負責數(shù)據(jù)的全量存儲，記錄完整的區(qū)塊鏈賬本，提供核心共識機制和核心網(wǎng)絡的接入，并結合“數(shù)據(jù)鏈+日志鏈”的雙鏈結構，保障操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)可信。

邊緣云節(jié)點：從核心云節(jié)點向邊緣擴展資源的衛(wèi)星。邊緣云節(jié)點按需獲取核心云節(jié)點資源，并且僅緩存核心云分配的部分數(shù)據(jù)，采用基于區(qū)塊鏈的多副本機制保證拜占庭容錯下邊緣緩存數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)一致性，同時為終端提供低延時的訪問服務。

終端節(jié)點：單星節(jié)點、移動設備等終端設備。無需緩存完整數(shù)據(jù)，僅儲存重要的區(qū)塊頭等信息，收集環(huán)境中的數(shù)據(jù)，可以向邊緣云節(jié)點請求計算和網(wǎng)絡通信服務。

“云-邊-端”分布式協(xié)同可信與安全架構：根據(jù)衛(wèi)星節(jié)點在外太空領域呈現(xiàn)分布式特點，結合區(qū)塊鏈技術構建“核心云-邊緣云-終端”的可信與安全架構，即“云-邊-端”分布式協(xié)同可信與安全架構，應用于操作系統(tǒng)中。核心云節(jié)點之間組網(wǎng)連通組成核心網(wǎng)絡，邊緣云節(jié)點可以和其他的邊緣網(wǎng)絡的節(jié)點進行跨邊緣網(wǎng)絡協(xié)作，二者通過橫向和縱向的協(xié)同融合為終端提供多樣計算和低延遲服務。

綜上，圍繞巨型星座多星協(xié)同、動態(tài)管控、攻擊防范等核心需求，基于區(qū)塊鏈技術構建去中心化、“云-邊-端”分布式協(xié)同可信與安全架構，形成巨型星座操作系統(tǒng)安全可信基座，運行保障巨型星座安全。

2.5 生態(tài)體系關鍵技術

開源已成為一種軟件科技創(chuàng)新的主流模式，包括人工智能、區(qū)塊鏈等前沿IT技術幾乎都通過開源模式得以快速發(fā)展，實現(xiàn)技術創(chuàng)新突破和產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展。一方面，通過開源可以以更高的效率匯聚更多志同道合的“創(chuàng)客”，參與到新技術的革新和孕育之中，以尋求實現(xiàn)技術突破；另一方面，通過開源可以以更低的成本吸引更多的“新潮”用戶，參與到新產(chǎn)品的成熟和傳播之中，以尋求迅速從邊緣低端產(chǎn)品變成主流高端產(chǎn)品。

巨型星座操作系統(tǒng)是一個新場景、新領域，如何實現(xiàn)快速發(fā)展僅僅靠一家單位是難以實現(xiàn)快速突破，需要汲取大規(guī)模群體智慧的力量，將核心開發(fā)者、各類廠商、科研機構、志愿者等廣泛聯(lián)接起來，開展探索創(chuàng)新。

圍繞巨型星座操作系統(tǒng)的協(xié)同研發(fā)場景、測試和部署需求、應用構建特點等，構建一套面向通用領域的基礎平臺，需要突破適用于巨型星座操作系統(tǒng)大規(guī)模分布式協(xié)同研發(fā)需求的代碼協(xié)作、任務協(xié)作和文檔協(xié)作等技術，研究針對巨型星座操作系統(tǒng)持續(xù)演化需求的質量管理、持續(xù)集成、克隆檢測技術等，并在基礎平臺之上做進一步的定制化開發(fā)，構造針對巨型星座操作系統(tǒng)的開發(fā)與演化支撐環(huán)境。

綜上，通過巨型星座操作系統(tǒng)，促成星載硬件標準化、模塊化，滿足星載軟硬件標準化設計和硬件資源虛擬化管理；促成軟件構件化，提升軟件復用度和繼承性，減少二次開發(fā)，為形成軟件生態(tài)奠定基礎。

3 發(fā)展建議

以規(guī)模巨大、泛在物聯(lián)、組網(wǎng)協(xié)同、敏捷重構、智能自主、彈性健壯等為基本特征的巨型星座已成為構建新型天基能力的重要支撐，引起全球各國高度重視，并爭相開展大規(guī)模星座系統(tǒng)的建設。國外面向巨型星座場景的操作系統(tǒng)已開展研究，部分成果已走向工程應用。我國已開展大規(guī)模星座的論證或建設，而現(xiàn)有星載操作系統(tǒng)只能支撐單星應用，無法滿足巨型星座復雜應用場景的需求，應從以下幾方面加強研究。

3.1 強化巨型星座體系架構頂層設計和規(guī)劃

我國已開始建設部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等大規(guī)模衛(wèi)星星座，強化巨型星座體系架構頂層設計與規(guī)劃，提升巨型星座的高效管理與智能應用能力，支持巨型星座網(wǎng)絡化、云化、智能化以及用戶無感的高效運行，將促進巨型星座體系效能的整體性躍升。

調研我國現(xiàn)有和規(guī)劃的天基資源，并結合典型應用樣式，應用體系工程設計方法研究建立未來巨型星座資源應用需求與體系架構，優(yōu)化體系結構、增強功能性能、強化綜合效能，實現(xiàn)需求到操作系統(tǒng)架構的映射連接，為我國自主開發(fā)巨型星座操作系統(tǒng)提供需求輸入。

3.2 打造巨型星座系統(tǒng)核心基礎設施和信息基座

操作系統(tǒng)作為巨型星座的核心基礎設施和信息基座，將星座的各節(jié)點資源進行虛擬化連接和融合，是實現(xiàn)巨型星座網(wǎng)絡化、云化和智能化的星上基礎軟件，負責支持大規(guī)模星座資源管理、互聯(lián)互通、自主運控和安全可信等核心基礎功能。

結合巨型星座任務需求，巨型星座操作系統(tǒng)采用自研微內核進行全自主研發(fā)的技術路線，滿足核心基礎設施必須自主可控、安全可信的國家戰(zhàn)略需求。而且，不需要背負Linux等成熟開源操作系統(tǒng)沉重的歷史包袱，在輕量化、可控時延、高可靠性、自主可控方面具有強優(yōu)勢。與此同時，操作系統(tǒng)應用成功的關鍵在于建立完整的生態(tài)，自研操作系統(tǒng)將掌握構建生態(tài)的主動權，形成面向航天領域的自主可控開源軟件生態(tài)。

3.3 建立自主可控的航天軟件生態(tài)體系

現(xiàn)有星載操作系統(tǒng)主要基于行業(yè)成熟或開源操作系統(tǒng)進行功能定制開發(fā)，安全可信、自主可控等方面難以保障，且只支持單星數(shù)據(jù)管理或平臺控制等基礎功能，無法滿足巨型星座場景下全動態(tài)自主管控、互聯(lián)互通、靈活組網(wǎng)、資源共享、智能協(xié)同、軟件定義復雜應用等全新需求。

未來，通過巨型星座操作系統(tǒng)賦能，支撐實現(xiàn)巨型星座高效管理及智能應用，形成開放包容、自主可控的航天軟件生態(tài)體系、萬顆規(guī)模衛(wèi)星的互聯(lián)互通和自主運控、千顆規(guī)模衛(wèi)星任務即時協(xié)同、巨型星座全鏈路安全可信等新質能力，顯著提升我國航天裝備研制效率和天基系統(tǒng)體系效能。

4 結束語

本文提出了一種面向巨型星座復雜應用場景的操作系統(tǒng)構想，梳理了體系架構、高效內核、融合組網(wǎng)、安全可信、生態(tài)體系等關鍵技術，支持實現(xiàn)巨型星座高效管理及智能應用。既可作為單星基礎軟件，支持單節(jié)點資源高效管理和任務即時調度；也可作為巨型星座基礎軟件，支持海量硬件資源融合管理，形成云服務能力。

巨型星座操作系統(tǒng)向下管理和驅動海量異構感知、計算、存儲、網(wǎng)絡和安全等基礎硬件資源，即時聚合、關聯(lián)、調配、遷移軟硬件資源，管理任務；向上支持巨量航天App，為軟件賦能航天裝備提供統(tǒng)一、標準、安全、可靠的運行環(huán)境和接口，形成快速有彈性的軟件能力。通過即時聚合、關聯(lián)、調配和遷移軟硬件資源，完成任務高效協(xié)同，為新技術通過軟件定義的技術手段快速轉化為新戰(zhàn)力提供統(tǒng)一基礎軟件平臺。