单星观测到星座联合调度，NASA 尝试让卫星自己决定拍哪里

mapxiaotu
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空天感知

2026年10月29日 11:47
美国

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卫星飞过目标只有几十秒。传统流程里，这几十秒用来拍照，落地后才判断；发现全是云，只能等下一次重访。

NASA JPL 牵头的 FAME 项目想让卫星在飞行中自己看图、自己改计划，再把结论传给其他卫星。

2025 年 7—9 月，CogniSAT-6 完成了单星闭环的飞行演示；几十颗星的联邦调度，目前还停在仿真和部署之间。

1 观测窗口的时延约束

传统对地观测是存储转发：地面排计划，卫星按表拍，影像落地后下传、处理、判断。卫星像按时刻表飞的班车，路上看到什么，都要回站汇报。等发现这一景全是云，下一次重访可能在几天后。

云不是小问题。OCO-3 的碳反演在部分区域和季节可用率不到 10%，亚马逊、中非、婆罗洲的云季、大像元场景接近 1%。对这类任务，整景数据直接不可用。

Federated Autonomous MEasurement（FAME）2025 年夏启动，JPL 牵头，NASA ESTO 的 AIST 计划资助，合作方包括 Ubotica、Open Cosmos、Loft Orbital 和 Hyspace。

它不造新卫星，在商业卫星上加软件和算力，把“落地再判”改成“飞行中判”。

2 FAME 的五项能力与系统链路

（1）星上分析：让卫星自己看懂照片，做云筛查、水体、藻华、土地利用，以及光谱匹配和异常检测。

（2）动态目标重定向：同一圈过境里，用刚才的结果改后面的拍摄（图 1）。

（3）快速告警：只发 KB 级结论，不发整景，像发短信，不寄硬盘。

（4）跨星引导：A 星看到火点，B 星去拍。

（5）联邦调度：用户下单，系统拆单、派单、补单，像接单平台。

五项是一条链：单星闭环、结论送出、跨星接力、服务化。“自主”有边界：目标、机动范围、模型版本、阈值都由地面预设，星上做的是选择题。图 2 是 YAM-6 的三种星上光谱产品。

图 1　反应式与主动式：拍完再判 vs 边看边拍

图 2　YAM-6 的三种星上光谱产品

3 动态目标重定向的时间预算

500 公里轨道，地面轨迹速度 7.5 公里/秒。前视 40°、45°、50°，对应 60、74、90 秒（图 3）。

74 秒里要做五件事：读前视影像、跑模型、发指令、完成 40°—50° 机动、拍星下点并下传。

时间主要花在读出和机动上，模型推理只占小头。CogniSAT-6 常规读出是分钟级，这里要秒级；办法是抽稀像元或只读全色波段。地球还在转：赤道地面速度 465 米/秒，90 秒内地面点最多移 41.85 公里，滚动角必须预置偏置。

算力不是瓶颈。EO-1 在 2003 年前后就跑星上分类器，当时高光谱解混要几小时，现在 CNN 推理是几十秒。

图 3　前视角度与响应窗口

4 CogniSAT-6 的星上闭环验证

CogniSAT-6 是 Ubotica 和 Open Cosmos 的 6U 立方星，鞋盒大小，2024 年 3 月随 Transporter-10 入轨，500 公里太阳同步轨道。

主载荷是推扫式高光谱相机，440—884 nm，442 个波段里选 32 个，5 米分辨率；星上算力是 Intel Myriad X。

它没有专用前视相机，靠整星前倾斜着看。流程四步：CNN 分云、沿穿轨统计、固定窗口汇总、选最晴窗口并查表得到滚动角（图 4）。2025 年 7—9 月完成飞行演示，也暴露两个问题：50° 前视时逐波段读出会造成沿轨错位，短期只用全色波段，长期要建偏移模型；地球自转要在滚动角里修正。

图 5 是 2024 年 11 月 2 日在轨生成的水体范围产品，红为水，紫为非水。但“飞过”不等于“达标”：ASTRA 2024 的论文说时序仍有明显工程差距，2025 年飞行报告认为 45°、74 秒可行，两份材料测的对象不同。

图 4　星上四步：看图、找云、统计、选窗口

图 5　在轨水体范围产品：红为水，紫为非水

5 多星联邦调度与 DCOSP

一颗星自己拍是单星自主；几十颗星要先解决“谁去拍”。FAME 用联邦：资产各归各家，没有总调度台，每家排自己的星，系统通过请求池、告警和地面分析接工作流（图 6）。

算法问题叫 DCOSP，规模可到数百个智能体、数百万个决策变量；星上 CPU 和内存还要与飞控共用，链路不稳、可能计费。

D-NSS 用“分解 + 复用上一轮解”：在 200 颗的 Planet 星座和 108 颗的 Walker 星座上，最优性差距（离事后最优方案的距离）为 1.87% 和 0.14%，通信量 7.3 KB 和 240.2 KB；DSA 基线是 4.22%、1.17%，通信量 980.6 KB、10459.5 KB。这些是仿真。

山火监测通常要 30 分钟一次更新，地面集中调度很难稳定做到。联邦还有一条权限假设：各智能体知道彼此存在，但拿不到对方详细状态。跨运营商谁指挥谁、冲突怎么仲裁、数据归谁，公开论文中没有具体提到。

图 6　联邦结构：各家排各家的星，系统接单、转单、兜底

6 已验证结果与未验证边界

已经发生的：CogniSAT-6 的飞行演示、在轨云分类和水体产品、YAM-6 的光谱产品。

还在仿真或计划里的：D-NSS 调度结果；联邦规模有两套口径，项目计划 2026 年春 7 颗、2027 年底 20 颗、2028 年夏 60 颗，Open Cosmos 说 2026 年夏 6 颗起步、最终 50 颗以上。

物理边界：多数商业卫星只装可见光，热异常检测缺短波红外或热红外；VSWIR 和 SAR 在 FAME 里只接入调度、不做星上处理。前视只看几十秒后的一小块，不解决“未来三小时有没有云”。

证据边界：告警准确率、漏报率、端到端时延分布都没公开；“迄今规模最大”出自调度论文作者自述，不是独立评估。

7 对遥感数据产品的影响

第一，时延变成产品参数。过去卖“过境后几小时交付”，服务等级写在交付环节；如果星上能出结论，“事件后几分钟”就能写进承诺，定价和赔付都得跟着改。

第二，交付物从影像变成事件记录。KB 级告警不用下传整景，谁定义“什么算一次有效告警”，谁就握着验收标准。

第三，系统得一起设计。算力、读出、姿态、链路，任何一环掉链子，74 秒就没了，只加一块 AI 卡不够。

告警可信度和漏报责任还没有答案。这两件事不解决，“分钟级”就仍是演示指标。

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