人工智能有助于提高太空探索效率

據(jù)報(bào)道，太空探索中的人工智能正在蓄勢待發(fā)。在未來幾年里，當(dāng)我們前往彗星、衛(wèi)星和行星，并探索在小行星上采礦的可能性時(shí)，新的任務(wù)看起來可能會得到AI的巨大幫助。

歐洲航天局高級概念和研究辦公室主任利奧波德·薩默斯說：

AI已經(jīng)改變了游戲規(guī)則，使科學(xué)研究和探索更加高效。AI不僅讓這種效率翻倍，而是提高了10倍。

例證比比皆是

AI在太空探索中應(yīng)用的歷史比許多人想象的要久遠(yuǎn)得多。AI已經(jīng)在研究我們的星球、太陽系和宇宙方面發(fā)揮了重要作用。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件的發(fā)展，AI的潛在用例也在不斷增加。

地球觀察者1號（EO-1）衛(wèi)星就是個很好的例子。自本世紀(jì)初發(fā)射以來，其機(jī)載AI系統(tǒng)幫助優(yōu)化了對自然災(zāi)害的分析和響應(yīng)。在某些情況下，AI甚至能夠讓地球觀察者1號衛(wèi)星在地勤人員意識到事故發(fā)生之前就開始拍攝圖像。

其他衛(wèi)星和天文學(xué)的例子也比比皆是。在第二次帕洛瑪天空調(diào)查中，天空圖像編目和分析工具已經(jīng)協(xié)助研究人員對發(fā)現(xiàn)的天體進(jìn)行分類。帕洛瑪天空調(diào)查旨在對成千上萬個在低分辨率下拍攝的物體圖像進(jìn)行分類，這大大超出了人類的能力。類似的AI系統(tǒng)已經(jīng)幫助天文學(xué)家確定了56個新的、可能的“引力透鏡”，這些透鏡在暗物質(zhì)研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

AI搜索大量數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)相關(guān)性的能力將變得越來越重要，因?yàn)樗茏畲笙薅鹊乩矛F(xiàn)有數(shù)據(jù)。歐洲航天局的ENVISAT每年產(chǎn)生大約400TB的新數(shù)據(jù)，但與平方公里陣列相比就相形見絀了，后者每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量與目前互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量差不多。

AI幫助登陸火星

AI也被用于軌道和載荷優(yōu)化。這兩項(xiàng)任務(wù)都是美國宇航局下一個火星探測器（Mars 2020Rover）任務(wù)的重要步驟，這個探測器將于2021年初登陸火星。被稱為AEGIS的AI已經(jīng)出現(xiàn)在美國宇航局當(dāng)前的火星探測器上，該系統(tǒng)可以幫助攝像頭自動瞄準(zhǔn)目標(biāo)，并選擇調(diào)查對象。然而，下一代AI系統(tǒng)將能夠控制車輛，自主協(xié)助研究選擇，動態(tài)調(diào)度和執(zhí)行科學(xué)任務(wù)。

在整個職業(yè)生涯中，來自丹麥DTU Space的約翰·列夫·喬根森已經(jīng)設(shè)計(jì)出許多設(shè)備和系統(tǒng)，它們被應(yīng)用在100多顆衛(wèi)星上。喬根森是Mars 2020 Rover上自主科學(xué)儀器PIXL的團(tuán)隊(duì)成員，該儀器廣泛使用AI。其目的是調(diào)查火星上是否存在類似疊層石的生命形式。

喬根森表示：

PIXL的顯微鏡安裝在探測器的臂上，需要放置在距離我們想要研究的東西14毫米的地方。這要?dú)w功于安裝在探測器上的幾個攝像頭。這聽起來可能很簡單，但是交接過程和確定手臂的確切位置非常困難，就像是從屋頂上拍攝的街頭照片中辨認(rèn)建筑一樣。不過，這是特別適合AI去做的事情。

AI還能幫助PIXL在夜間自動運(yùn)行，并隨著環(huán)境的變化而不斷進(jìn)行調(diào)整。在火星上，晝夜溫度的變化可以超過100攝氏度，這意味著探測器、攝像頭、機(jī)械臂和正在研究的巖石下面的地面距離都在不斷變化。喬根森稱：“AI是所有這些工作的核心，并幫助將效率提高1倍以上?！?/p>

先火星后衛(wèi)星

火星很可能遠(yuǎn)不是AI在太空探索中的最終目的地。長久以來，木星的多顆衛(wèi)星都讓科學(xué)家們感到著迷。特別是木衛(wèi)二（Europa），它可能存在地下海洋，埋在大約10千米厚的冰層下。它是太陽系中除了地球之外，最有可能找到生命的地方之一。

雖然這項(xiàng)任務(wù)可能在未來的某段時(shí)間內(nèi)完成，但美國宇航局目前的計(jì)劃是在2020年將詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到距離地球約150萬公里的軌道上。任務(wù)的一部分將涉及到AI支持的自主系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)監(jiān)督望遠(yuǎn)鏡705公斤重的鏡片的全面部署。

地球和木衛(wèi)二之間的距離，或者地球與詹姆斯-韋伯望遠(yuǎn)鏡之間的距離，都意味著通信將被延遲。反過來，這也使得執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員必須能夠自己做出決定。來自火星探測器項(xiàng)目的例子表明，由于距離遙遠(yuǎn)，火星探測器和地球之間的通信需要延遲20分鐘。而木衛(wèi)二任務(wù)的通訊延遲時(shí)間可能更長。

這兩項(xiàng)任務(wù)在不同程度上說明了目前在空間探索中使用AI面臨的最重大挑戰(zhàn)之一。AI系統(tǒng)的表現(xiàn)與它們接收到的數(shù)據(jù)量之間往往存在直接的聯(lián)系。數(shù)據(jù)越多，AI系統(tǒng)的表現(xiàn)就越好。但是我們沒有太多的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練這樣的系統(tǒng)，讓它預(yù)見在像木衛(wèi)二這樣的地方執(zhí)行任務(wù)時(shí)可能遇到哪些挑戰(zhàn)。

計(jì)算能力是第二個挑戰(zhàn)。艱苦而耗時(shí)的審批程序和輻射風(fēng)險(xiǎn)意味著，在不久的將來，你家里的電腦可能比任何進(jìn)入太空的東西都更強(qiáng)大。200MHz的處理器、256MB的RAM和2GB的內(nèi)存聽起來更像諾基亞3210，而不是iPhone X，但它實(shí)際上就是下一代太空探測器的“大腦”。