應用背景
2020年12月10日4時14分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征十一號運載火箭，以“一箭雙星”方式將引力波暴高能電磁對應體全天監(jiān)測器衛(wèi)星（Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor，簡稱：GECAM衛(wèi)星，又稱：懷柔一號）送入預定軌道。
GECAM衛(wèi)星由中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“空間科學(二期)”部署，2顆小衛(wèi)星采用共軛軌道星座布局，將對引力波伽馬暴、快速射電暴高能輻射、特殊伽馬暴和磁星爆發(fā)等高能天體爆發(fā)現(xiàn)象進行全天監(jiān)測，研究中子星、黑洞等致密天體及其并合過程。此外，衛(wèi)星還將探測太陽耀斑、地球伽馬閃和地球電子束等空間高能輻射現(xiàn)象，為進一步研究其物理機制提供科學觀測數(shù)據(jù)。
中國科學院A類戰(zhàn)略性先導科技專項“空間科學(二期)”已經(jīng)于2018年7月4日正式啟動，執(zhí)行周期為五年，牽頭單位為中科院國家空間科學中心。在“悟空”“墨子”“慧眼”和實踐十號等科學衛(wèi)星相繼取得重大科學成果和社會影響后，專項二期瞄準宇宙和生命起源與演化、太陽系與人類的關系兩大科學前沿，在時域天文學、太陽磁場與爆發(fā)的關系、太陽風-磁層相互作用規(guī)律、引力波電磁對應體等方向開展衛(wèi)星研制。此外，專項還部署了一批概念研究、預先研究、背景型號、科學衛(wèi)星任務規(guī)劃與數(shù)據(jù)分析等項目。
存在挑戰(zhàn)
地面支撐系統(tǒng)通信網(wǎng)絡是確保空間科學衛(wèi)星工程地面段任務順利實施的基礎設施，用于支持空間科學衛(wèi)星任務的指令上行、數(shù)據(jù)地面?zhèn)鬏斉c交換、公共資源與服務訪問、存儲災備、通信與調度、任務協(xié)調等任務的執(zhí)行。
基于此項目的衛(wèi)星地面支撐系統(tǒng)通信網(wǎng)絡需要建立以懷柔園區(qū)為交換樞紐，依托中國科技網(wǎng)，連接測控系統(tǒng)、地面接收系統(tǒng)、各衛(wèi)星科學用戶中心、地面試驗平臺站點和國際合作機構的通信與網(wǎng)絡系統(tǒng)。隨著科研測和示范應用需求的不斷發(fā)展，對科研網(wǎng)絡平臺提出了更高的要求。
首先，作為空間科學衛(wèi)星地面支撐系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，它要求國內國際多個網(wǎng)絡運營商實現(xiàn)互聯(lián)互通，聯(lián)合提供跨域的端到端的有帶寬保證的連接，并盡可能延伸到分布廣泛的設備終端。由于網(wǎng)絡規(guī)模大、結構復雜，接入方式不一，業(yè)務應用多樣化，項目任務運行期間任何不確定因素所造成的影響都可能為衛(wèi)星運控、觀測任務帶來較為嚴重的后果。因此，保障網(wǎng)絡運行穩(wěn)定可靠顯得尤為緊迫和重要。
此外，由于衛(wèi)星控制指令傳輸?shù)陌踩燃壖翱煽啃院芨撸鲇诎踩紤]，要求使用獨立的信道。為支持各衛(wèi)星任務能夠順利進行，保證關鍵科學數(shù)據(jù)不丟失，需要進行異地災備，這樣對網(wǎng)絡鏈路的安全性和帶寬質量提出了更高的要求。
解決方案
根據(jù)衛(wèi)星任務需求，中國科技云為本次GECAM衛(wèi)星集成聯(lián)網(wǎng)提供了基于中國科技云網(wǎng)絡環(huán)境建設的IPSEC虛擬專網(wǎng)，連接國家空間科學中心、GECAM科學衛(wèi)星應用中心（中科院高能所）、地面接收分系統(tǒng)（中科院空天院）、數(shù)據(jù)災備中心（昆明、東莞數(shù)據(jù)中心），為衛(wèi)星科研數(shù)據(jù)傳輸提供高速科研數(shù)據(jù)專網(wǎng)。并且提供了主備雙線、物理隔離的數(shù)字專線連接到國家衛(wèi)星測控系統(tǒng)，為衛(wèi)星的運行和工作狀態(tài)進行監(jiān)視，生成控制指令，虛擬專網(wǎng)鏈路圖如圖1所示。
圖1. 虛擬專網(wǎng)連接示意圖
各衛(wèi)星科學用戶與國際合作者依托中國科技云支持建設的中歐之間萬兆陸纜以及中美之間高速互聯(lián)網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交換。
成效與展望
目前，在中國科技云為GECAM衛(wèi)星提供的IPSEC虛擬專網(wǎng)上，衛(wèi)星科研數(shù)據(jù)每日峰值流量為800Mbps左右。
中國科技云擁有多條高速國際科研網(wǎng)絡出口，可以為科研工作者提供大帶寬、低延遲的科研數(shù)據(jù)傳輸服務，還組織和推動多學科交叉的應用開發(fā)、資源共享，高性能的網(wǎng)絡設備和7×24小時專業(yè)技術服務，保障用戶訪問暢通，網(wǎng)絡運行安全、穩(wěn)定，海量科研數(shù)據(jù)傳輸順暢。
今后，中國科技云將繼續(xù)發(fā)揮自身的優(yōu)勢，加強與各院屬單位的合作，積極參與空間科學領域的項目，力爭為空間科學領域重大產(chǎn)出做出更大的貢獻。
撰稿人：馬彤宇、余寧
