人工智能是如何“上九天揽月”的？

云栖网：北京时间2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。在载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后，神舟十五号航天员乘组将与神舟十四号航天员乘组进行在轨轮换。2022年11月30日7时33分，两个航天员乘组顺利打开“家门”，完成了翘盼已久的“胜利会师”，并留下了一张足以载入史册的太空合影。

（图源人民网）

这是我国载人航天工程立项实施以来的第27次飞行任务，也是进入空间站阶段后的第4次载人飞行任务。古往今来，我国人民对飞天的好奇与探索从未停止过：宋代就有人试图乘火箭飞行、明朝万户发明“飞船”试飞发生空难、冯如制造出我国第一架飞机......到了近代，随着科技的发展，我国的航天事业飞速前进，跨越千年，终于实现了飞天梦。其中更少不了人工智能技术的助力。

航天航空一直是处在科技创新的前沿，在人工智能时代，AI也应用到了人类的飞天梦中，并不断与航天领域相融合。

人工智能如何让飞天更智更稳

航天对于AI技术的需求

在航天领域，AI拥有强大的技术优势和广泛的应用场景。由于载人成本过高、危险系数大等因素，宇宙探索、星球探索这类工作都在向无人化倾斜，对传感器回传图片资料进行分析是航天工作中的重要部分，而这正是人工智能最擅长的技术之一。此外，载人航天技术因其数字化、信息化程度相当高的特性，能够积累大量数据，利用AI技术能够很好地挖掘并利用这些数据中隐含的信息。

目前，人工智能几乎涵盖了航天航空行业的方方面面，诸如遥控作业、机器人、卫星定位等相关技术比比皆是。人工智能的许多新应用见证并参与到航天梦的实现过程中，包括人工智能飞行控制、多智能体行星探测车、火星自主导航、载人任务的辅助以及对新型探测和回避系统的研究。

在美国，一些著名的公司及大学，如麦道公司、波音公司、麻省理工学院、卡内基梅隆大学及美国陆、海、空三军等均已开始研究人工智能在航天领域的应用。在欧洲，欧洲经济共同体的欧洲信息技术研究与发展战略计划与法国发起的尤里卡计划合作开发人工智能技术。英国皇家飞行研究院研究将人工智能用于航天器和其它航天活动，用于故障分析及卫星、空间平台和空间站的辅助工作系统。航空航天工业是最前沿技术领域，因此最有可能采用先进技术，对人工智能系统需求量最大。

国务院新闻办公室发布的《2021中国的航天》白皮书中就曾指出，下一阶段中国航天将研制发射新一代载人运载火箭和大推力固体运载火箭，实施探月工程四期等重大工程，并加快人工智能等新技术在后续航天任务中的工程化应用。

AI技术得到广泛应用

从人造卫星到空间站

AI技术在航天中的应用最早甚至可追溯到20世纪60年代，在人造卫星领域使用了遥控作业、自动化技术等一些初级的人工智能技术。此后，为使卫星顺利完成飞行任务、大幅度降低造价，人们在卫星上大量地采用了人工智能和机器人技术。

1977年美国发射的“旅行者”探测器使用的专家系统能够在无人干预的情况下，自动产生相应的操作流程；1978年美国“海盗”号火星着陆器通过搭载的智能计算机程序不仅成功地控制飞船安全着陆，而且还在没有地面指令的情况下，实现了长达58个火星日的自主探测。

2016年，我国第一个真正意义的太空实验室——“天宫二号”成功发射，应用技术包含伴星跟踪拍照、远程遥测、图像分析、空间对接以及相应的科学实验等，都有AI的身影。其中，在轨脑-机交互及脑力负荷、视功能等神经测试系统就是典型的基于AI技术的在轨实验系统，脑-机交互可以不依赖外周神经和运动系统，将航天员的思维活动直接转化为操作指令，同时又能监测航天员的脑力负荷等神经功能状态，实现人机互适应，减轻作业负荷。

目前，AI在航天领域已经应用的成熟技术包括：航天器故障诊断、模拟/仿真、调度、跟踪监视、配置以及在轨实验等。

运载火箭

人工智能可以应用在运载火箭的液氧专家系统中，在航天飞行发射的准备阶段，对航天飞机液氧加注系统进行故障诊断。现今，如果航天飞行在地面操作出现异常，液氧专家系统就会在故障出现的前几秒钟自动进行诊断，判断出导致异常的问题，并及时停止发射。如果由系统工程师来解决，则需要花费几分钟的时间并且可靠性较低，所以人工智能自动诊断技术有效提高了航天飞行的地面操作安全性。

空间站智能管理

在早期预测空间站的使用寿命时，就采用了大量的人工智能技术。并且，空间站通过运用专家系统和舱载系统提高连续监控，减少人力需求，会使整个操作运用过程更加可靠、有效。当空间站需要长期使用时，就需要采用由人工智能为基础的衍生的自动化和机器人技术，例如由综合监视分系统、电子元件等组成的专家系统，能够在故障发生时由分系统发出指令，并对空间站进行会诊，可以帮助减轻空间站搭载科学家的负荷，提高工作效率。

用细节点燃航天梦的火种

嵌套式系统的软件配置——这种应用考虑如何对各种嵌套式计算机系统配置所包含的程序和数据。它可将作业和数据分配给程序段，并受数据和段的长度以及作业中可用的寄存器个数的约束。当作业是搜索问题时，其组合形式要求利用启发方式来削减搜索途径。并减少重复。利用图形显示来观察操作中的各种算法和策略，这样可以引起开发者得到启发的直觉感受。

发射安排——这种应用是由帮助安排发射操作的工作站和为发射活动分配时间的计划人员组成的。工作站在一种带日历图形的显示器上显示出当前的或假定的分配方案，使调度人员了解整个情况。由系统回答的典型问题（即由系统推算出的建议)是：什么时候安排下一次任务A?任务B具有什么样的优先级而不得不保证安排在最近的7天之内?时间分配计算可以是一种简单的树形搜索，也可以带有专家启发，取决于分配条件的复杂性。

AI让普通人的航天梦“触手可及”

2021世界人工智能大会开幕式上，融合了AI创新的新兴事物——火星车数字人祝融号闪亮登场。火星车数字人祝融号不仅能与人类顺畅交流，还可以用自然生动的方式展示在火星的打卡照片等内容。这种近似于人的表现源于积累多年的数字人技术体系，通过轻量深度神经网络模型，以及国内首创的，基于高精度4D扫描的口型预测技术等先进技术创造而来，能够实时生成数字人的口型、表情、动作，准确率接近99%，极大丰富了火星车数字人的细节表现。

这种AI技术加持的创新体验形式，对于普通人而言，为接受航天知识科普，拉近与航天梦的距离提供了新路径。同时，通过AI、VR等技术赋能，人们还可以在虚拟世界沉浸式体验宇航员飞天登月的过程。可见，AI技术的运用不仅仅是在航天工程内部，还能够不断拓展边界，通过打破想象力的天花板，为普通人与航天事业搭建起一座桥梁，让普通人的航天梦也有了“触手可及”的机会。

未来的航天AI：更加可靠、更多可能

目前，在航天领域中，人工智能系统的发展尚在初期阶段。随着航天事业的飞速发展，航天设备越来越趋向高度机械化和复杂化，仅仅依赖地面操作以及航天员在轨协助将远不能满足任务需求，而人工智能技术、人机混合智能技术将是解决这些问题的关键。

未来，人工智能在航天领域有望被更广泛地运用，如航天器的故障分析、任务设计与规划，自主决策、智能机器人、集群智能等方面。因此，航天领域对人工智能的要求也越来越迫切，迅速研究人工智能、人机混合智能并使其广泛应用于航天领域已是刻不容缓。如何保证人工智能对于航天器发出正确的指令，如何发展到“强人工智能”，这一切还需要科学工作者们的努力和实践的检验。

让我们一起见证，在未来，人工智能技术给航天事业发展带来的更多可能。

文章参考：

1.《祝贺！6名航天员首次实现“太空会师”》人民日报

2.《撬动航天3300亿美元市场，AI有这个实力！》世界人工智能大会

3.《载人航天的AI+时代（一）》《航天员》杂志

4.《“天宫课堂”再刷屏，AI+航天科技正走向自立自强》世界人工智能大会

5.《神十五发射成功！“圆梦乘组”奔赴“天宫”》光明网