人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

1、人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用2017 年 12 月 1 日摘要: 隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展逐漸成熟，已經(jīng)成為許多高新科技產(chǎn)品中的核心技術(shù)。本文對(duì)人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域中的一些應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹， 并對(duì)人工智能技術(shù)在未來(lái) 航天中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：航天；人工智能。一、人工智能在無(wú)人飛行器上的應(yīng)用1、人工智能和機(jī)器人為使衛(wèi)星順利完成飛行任務(wù)，大幅度降低造價(jià)，人們?cè)谛l(wèi)星上大量地采用了人工智能 和機(jī)器人技術(shù)。早在 1967 年美國(guó)發(fā)射的勘測(cè)者 3 號(hào)飛行器上就裝有機(jī)械臂，它在月球上 完成了掘溝，地質(zhì)調(diào)查和采集標(biāo)本等工作， 1970 年蘇聯(lián)發(fā)射了“月球” 16 號(hào)和 17 號(hào)兩個(gè) 飛行器，飛行器

2、上裝有月球車(chē)，月球車(chē)在地面遙控下完成月面行走和攝影任務(wù)，車(chē)上的掘 巖機(jī)還完成了標(biāo)本采集工作。1978 年美國(guó)海資號(hào)火星著陸飛船（ 一種先進(jìn)的空間機(jī)器人 ）, 通過(guò)搭載計(jì)算機(jī)不僅成功地控制飛船安壘著陸， 而且還在沒(méi)有地面 指令的情況下實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng) 達(dá) 58 個(gè)火星日 （ 每個(gè)火星日相當(dāng)于 24小時(shí) 37 分 26.4 秒）的探測(cè) ,1977-1986 年，美國(guó)在 旅行者探測(cè)器上采用了人工智能技術(shù) , 完成了精密導(dǎo)航，科學(xué)觀測(cè)任務(wù) ,其上計(jì)算機(jī)收集和 處理了木星和土星等各種不同數(shù)據(jù)。二、人工智能在航天飛機(jī)上的應(yīng)用前景 1、人機(jī)接口 采用人工智能技術(shù)， 在地面站與飛船， 航天飛機(jī)與機(jī)械手之間 (人與操

3、作對(duì)象問(wèn) )建立起完 美的人- 機(jī)接口，利用通信回路把由人直接控制的直接控制系統(tǒng)和采用遙控方式控制操作 對(duì)象的遙控系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)。三、人工智能在空間站上的應(yīng)用前景人工智能在空間站計(jì)劃等的應(yīng)用 :NASA 的先進(jìn)技術(shù)咨詢委員會(huì)認(rèn)為空間站中有三個(gè)方面必 須采用人工智能技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)高度人工智能，確?？煽啃浴?1) 空間站分系統(tǒng)，空間站應(yīng)用，利用空間站在空間進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)時(shí)的監(jiān)控 , 故障診斷，艙 外活動(dòng)，交會(huì)對(duì)接，飛行規(guī)劃等的系統(tǒng)。(2) 空間結(jié)構(gòu)物的組裝 , 從航天飛機(jī)上卸下和移動(dòng)補(bǔ)給物資手段的智能化。(3) 衛(wèi)星服務(wù)和空間工廠設(shè)備維修用的遠(yuǎn)距離操縱器 / 機(jī)器人， 空間工廠設(shè)備控制和操作等 用的系

4、統(tǒng)。該先進(jìn)技術(shù)咨詢委員會(huì)還確定了適用于空間站初始階段和發(fā)展階段的自動(dòng)化和 仿真機(jī)器人學(xué)的目標(biāo) , 事實(shí)上在初始階段系統(tǒng)是作為支援系統(tǒng)， 在發(fā)展階段將作為一種綜臺(tái) 性的信息和控制系統(tǒng)的控制部件用。四人工智能在其他一些和航天應(yīng)用前景簡(jiǎn)單地?cái)⑹鲆幌聨追N其他的應(yīng)用 : 嵌套式系統(tǒng)的軟件配置這種應(yīng)用考慮如何對(duì)各種嵌 套式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置所包含的程序和數(shù)據(jù)。它可將作業(yè)和數(shù)據(jù)分配給程序段，并受數(shù)據(jù)和 段的長(zhǎng)度以及作業(yè)中可用的寄存器個(gè)數(shù)的約束。當(dāng)作業(yè)是搜索問(wèn)題時(shí)，其組合形式要求利 用啟發(fā)方式來(lái)削減搜索途徑。并減少重復(fù)。利用圖形顯示來(lái)觀察操作中的各種算法和策略，這樣可以引起開(kāi)發(fā)者得到啟發(fā)的直覺(jué)感受。 發(fā)射安排這種

5、應(yīng)用是由幫助安排發(fā)射操作 的工作站和為發(fā)射活動(dòng)分配時(shí)間的計(jì)劃人員組成的。工作站在一種帶日歷圖形的顯示器上 顯示出當(dāng)前的或假定的分配方案， 使調(diào)度人員了解整個(gè)情況。由系統(tǒng)回答的典型問(wèn)題 ( 即 由系統(tǒng)推算出的建議)是什么時(shí)候安排下一次任務(wù)A?任務(wù) B具有什么樣的優(yōu)先級(jí)而不得不 保證安排在最近的 7 天之內(nèi)?時(shí)間分配計(jì)算可以是一種簡(jiǎn)單的樹(shù)形搜索，也可以帶有啟發(fā)，取決于分配條件的復(fù)雜性。防衛(wèi)探測(cè)區(qū)的雷達(dá)定位這種應(yīng)用同上述兩種應(yīng)用一樣是確 保達(dá)到規(guī)定探測(cè)要求的雷達(dá)最佳定位的搜索問(wèn)題。 只要具體的可選位置在地形上是固定的， 配置適當(dāng)數(shù)量的雷達(dá)使用窮盡搜索法是可行的。用于吞吐量分析的嵌套式系統(tǒng)的模擬 這種

6、應(yīng)用與工廠地面模擬是一樣的。在這種情況下，對(duì)嵌套式系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)字信息通信 進(jìn)行模擬以確定吞吐量，利用效率瓶頸和緊急情況。此系統(tǒng)是一種工作站，它能使用戶對(duì) 交替配置進(jìn)行試驗(yàn)，并且還能評(píng)價(jià)系統(tǒng)在各種負(fù)荷情況下的性能。船舶跟蹤和監(jiān)測(cè)的模糊 解答這種應(yīng)用是用來(lái)監(jiān)測(cè)和跟蹤船舶和其他使用來(lái)自多源和有多種解釋數(shù)據(jù)的臺(tái)站。 系統(tǒng)可以保持有多種矛盾解釋的傳感器數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)得到了解答為止。此系統(tǒng)主要是系 統(tǒng)而不是工作站，這是由于傳感器的解釋要求有啟發(fā)功能。六未來(lái)人工智能在航天上應(yīng)用 未來(lái)航天中人工智能系統(tǒng)的發(fā)展在初期，航天中人工智能 (AI) 系統(tǒng)可采用兩層次結(jié)構(gòu)，航 天員位于指揮，管理層，各種人工智能子系統(tǒng)

7、則位于執(zhí)行層次。相互作用主要發(fā)生在航天 員與 AI 之間，不同的 AI 子系統(tǒng)之間沒(méi)有或只有少量的信息交換。顯然，這樣的系統(tǒng)較為 松散。隨著 AI 技術(shù)和功能的發(fā)展， 就會(huì)出現(xiàn)具有管理功能的 AI 子系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)對(duì)各種 AI 單元或子系統(tǒng)的監(jiān)控和 協(xié)調(diào)，航天員也應(yīng)當(dāng)有明確的分工，于是形成多層次的結(jié)構(gòu)。在這 種系統(tǒng)中，位于頂層的指令長(zhǎng)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，既負(fù)責(zé)航天員的協(xié)調(diào)管理，也密切關(guān) 注擔(dān)負(fù)管理職能的 AI 子系統(tǒng)。人與 AI 的各種信息接口是航天中 AI 系統(tǒng)能夠有效工作的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)。信息接口包括聽(tīng)覺(jué)，視覺(jué)，觸覺(jué)信號(hào)和遙測(cè)信號(hào)。語(yǔ)言交流是最有效的一種信 息交換方式， 所以無(wú)論是智能管理系統(tǒng)還是航天機(jī)器人， 都應(yīng)當(dāng)具有人類(lèi)語(yǔ)言的理解能力。 當(dāng)然航天中人工智能系統(tǒng)不僅要考慮其功能的完善性，更要注重其運(yùn)行可靠性，所以，發(fā) 展的策略應(yīng)當(dāng)是在可靠的基礎(chǔ)上由簡(jiǎn)單到復(fù)雜地逐步進(jìn)化，最終發(fā)展為以航天員為核心的 智能性很強(qiáng)的，能完成各種航天任務(wù)的人工智能系統(tǒng)。這種技術(shù)的發(fā)展不僅使載人航天出 現(xiàn)一個(gè)嶄新的