探索人工智能技术在太空中的应用

人工智能技术在太空中有很多应用，例如侦察卫星在过境期间会拍摄许多图片，大部分非敏感区域的图片被认为是“无效图片”而过滤掉，事实上，这些区域也可能存在有效图片;人工智能算法可以帮助人类识别图片并优化敏感区域的划分。人工智能还可以协助大型星座进行自主导航和避碰，形成“集体意识”。国外这方面的研究很多，NASA和ESA走在前列。

一、美国NASA

NASA将人工智能用于许多应用，并成立了人工智能小组，开展支持科学分析、航天器操作、任务分析、深空网络操作和太空运输系统的基础研究。

(1)优化无线电频谱。NASA研究了如何利用认知无线电提高卫星通信网络的效率和可靠性，认知无线电可以找出通信频段中的“白噪声”区域并使用它们来传输数据;这最大限度地利用了有限的可用电信频段并最大限度地减少了延迟时间。

(2)筛选系外行星。NASA还与谷歌合作训练其广泛的人工智能算法，以有效地筛选来自开普勒系外行星任务的数据，寻找来自穿过其母星前方的系外行星的信号。这些成功的合作很快导致了人类科学家之前错过的两颗新的系外行星的发现。

(3)支持深空探索。对于深空探索，NASA考虑设计更多自主航天器和着陆器，以便它们可以在现场做出决定，消除通信中继时间造成的延迟。他还应用人工智能技术来校准太阳图像，改进科学家用于太阳能研究的数据。

二、欧盟(ESA、DLR)

(一)ESA

2022年，欧空局发现项目(ESA Discovery)资助了12个项目，这些项目探索是否可以应用人工智能和先进计算的最新发展，使卫星更具反应性、敏捷性和自主性。其中一些项目研究了配备人工智能的航天器如何更好地运作。

(1)自助导航。自主导航是人工智能的一个关键应用，它将帮助人类在地球和其他行星上导航。Discovery的一项研究探讨了如何使用人工智能帮助航天器在未知环境中独立导航。ESA的先进概念团队(ACT) 还研究了机器学习在制导、导航和控制领域的应用。特别是，他们研究了使用大群小型机器人在网络中共享信息：如果一个机器人从经验中了解到某种操作是有益的，那么整个机器人群都会学习到这一点，这称为蜂群学习。

欧空局的Hera行星防御任务将利用人工智能引导卫星穿过太空飞向小行星，采用与自动驾驶汽车类似的方法。虽然大多数深空任务都有一个返回地球的明确驱动程序，但Hera将融合来自不同传感器的数据，建立其周围环境的模型，并在船上自主做出决策。

(2)管理星座。一些认知计算项目专注于卫星星座。我们在现代世界中看到越来越多的卫星星座，它们操作起来很复杂，并且需要定期进行避免碰撞的操作。Discovery早在2000年就开始研究自动化星座，例如实现自主导航、遥测分析和软件升级。最近的一项研究进一步发展了这一想法，重点关注复杂星座的自主管理，以减少地面操作员的工作量。Discovery的其它研究调查了一群微型卫星如何形成集体意识，并研究了人工智能如何用于先进的任务操作和技术，以及创新的安全概念、机制和架构。

(3)数字孪生地球。地球观测是人工智能已经得到更广泛应用的领域之一。欧空局目前正在致力于地球数字孪生，这是一个不断输入地球观测数据和人工智能的复制品，以帮助可视化和预测地球上的自然和人类活动。此外，2020年9月发射的FSSCat卫星，是欧洲第一个以ɸ-sat-1人工智能芯片形式搭载人工智能的地球观测卫星，通过过滤已有的机载数据，ɸ-sat-1正在提高将大量数据发送回地球的效率。

(二)DLR

人工智能还为国际空间站(ISS)上的宇航员提供帮助，德国航空航天中心(DLR)多年来一直致力于开发太空和地球应用的人工智能方法，并于2021年成立了人工智能安全研究所。2018年，DLR推出了人工智能助手——CIMON(船员互动移动伴侣)，以支持宇航员在国际空间站上执行日常任务。完全语音控制的CIMON能够看、说、听和理解语义。

三、大学与企业

丹麦技术大学(DTU)和丹麦公司Space Inventor正在与丹麦的法国国防和技术公司泰雷兹合作开发新技术，旨在监测、识别太空和地球上的军事威胁。泰雷兹表示，人工智能(AI)驱动的技术将被设计用于处理来自卫星和陆基传感器的大量数据流，从而为利用太空数据和情报用于军事目的奠定基础。该项目名为INTEGRAL，是欧盟SSAEW SC2(太空态势感知--太空指挥与控制)的一部分，并得到欧洲国防基金的资金支持。

审核编辑：黄飞