应用背景

      2020年12月10日4时14分，中国在西昌卫星发射中心用长征十一号运载火箭，以“一箭双星”方式将引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星（Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor，简称：GECAM卫星，又称：怀柔一号）送入预定轨道。

      GECAM卫星由中国科学院战略性先导科技专项“空间科学(二期)”部署，2颗小卫星采用共轭轨道星座布局，将对引力波伽马暴、快速射电暴高能辐射、特殊伽马暴和磁星爆发等高能天体爆发现象进行全天监测，研究中子星、黑洞等致密天体及其并合过程。此外，卫星还将探测太阳耀斑、地球伽马闪和地球电子束等空间高能辐射现象，为进一步研究其物理机制提供科学观测数据。

      中国科学院A类战略性先导科技专项“空间科学(二期)”已经于2018年7月4日正式启动，执行周期为五年，牵头单位为中科院国家空间科学中心。在“悟空”“墨子”“慧眼”和实践十号等科学卫星相继取得重大科学成果和社会影响后，专项二期瞄准宇宙和生命起源与演化、太阳系与人类的关系两大科学前沿，在时域天文学、太阳磁场与爆发的关系、太阳风-磁层相互作用规律、引力波电磁对应体等方向开展卫星研制。此外，专项还部署了一批概念研究、预先研究、背景型号、科学卫星任务规划与数据分析等项目。

存在挑战

      地面支撑系统通信网络是确保空间科学卫星工程地面段任务顺利实施的基础设施，用于支持空间科学卫星任务的指令上行、数据地面传输与交换、公共资源与服务访问、存储灾备、通信与调度、任务协调等任务的执行。

      基于此项目的卫星地面支撑系统通信网络需要建立以怀柔园区为交换枢纽，依托中国科技网，连接测控系统、地面接收系统、各卫星科学用户中心、地面试验平台站点和国际合作机构的通信与网络系统。随着科研测和示范应用需求的不断发展，对科研网络平台提出了更高的要求。

      首先，作为空间科学卫星地面支撑系统的通信网络，它要求国内国际多个网络运营商实现互联互通，联合提供跨域的端到端的有带宽保证的连接，并尽可能延伸到分布广泛的设备终端。由于网络规模大、结构复杂，接入方式不一，业务应用多样化，项目任务运行期间任何不确定因素所造成的影响都可能为卫星运控、观测任务带来较为严重的后果。因此，保障网络运行稳定可靠显得尤为紧迫和重要。

      此外，由于卫星控制指令传输的安全等级及可靠性很高，出于安全考虑，要求使用独立的信道。为支持各卫星任务能够顺利进行，保证关键科学数据不丢失，需要进行异地灾备，这样对网络链路的安全性和带宽质量提出了更高的要求。

      根据卫星任务需求，中国科技云为本次GECAM卫星集成联网提供了基于中国科技云网络环境建设的IPSEC虚拟专网，连接国家空间科学中心、GECAM科学卫星应用中心（中科院高能所）、地面接收分系统（中科院空天院）、数据灾备中心（昆明、东莞数据中心），为卫星科研数据传输提供高速科研数据专网。并且提供了主备双线、物理隔离的数字专线连接到国家卫星测控系统，为卫星的运行和工作状态进行监视，生成控制指令，虚拟专网链路图如图1所示。

图1. 虚拟专网连接示意图

      各卫星科学用户与国际合作者依托中国科技云支持建设的中欧之间万兆陆缆以及中美之间高速互联网络实现数据高速交换。

成效与展望

      目前，在中国科技云为GECAM卫星提供的IPSEC虚拟专网上，卫星科研数据每日峰值流量为800Mbps左右。

      中国科技云拥有多条高速国际科研网络出口，可以为科研工作者提供大带宽、低延迟的科研数据传输服务，还组织和推动多学科交叉的应用开发、资源共享，高性能的网络设备和7×24小时专业技术服务，保障用户访问畅通，网络运行安全、稳定，海量科研数据传输顺畅。

      今后，中国科技云将继续发挥自身的优势，加强与各院属单位的合作，积极参与空间科学领域的项目，力争为空间科学领域重大产出做出更大的贡献。

撰稿：马彤宇，余宁