潘昱達

摘 要：人工智能作為一項新興技術(shù)，在無人駕駛、飛行控制、人臉識別、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為近幾年的研究熱點。而在航天領(lǐng)域，人工智能也擁有巨大的應(yīng)用前景，航天測控、衛(wèi)星遙感、空間機器人等都離不開人工智能技術(shù)的支持。本文總結(jié)了人工智能在航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了人工智能在航天領(lǐng)域應(yīng)用中存在的問題，并對其發(fā)展前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：人工智能；航空航天；機器人；問題分析

中圖分類號：V419 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0032-02

1 引言

人工智能，即研究如何使用計算機來模擬人類智能的技術(shù)、方法，其概念由來已久，早在上世紀中葉，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多方法就已經(jīng)被提出。2016年，圍棋世界冠軍李世石與谷歌公司圍棋軟件“阿爾法狗”的“人機大戰(zhàn)”再次使人工智能成為世界的焦點，掀起了一陣人工智能研究的熱潮。目前，得益于計算機計算能力的飛速發(fā)展，以深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)為代表的人工智能方法得以實現(xiàn)，在圍棋等人類曾經(jīng)自以為傲的領(lǐng)域，人類已經(jīng)完全不是人工智能的對手！而在無人駕駛、人臉識別、自然語言處理、語音識別等領(lǐng)域，人工智能技術(shù)也得到了實際應(yīng)用。

航空航天，是集電子、通信、能源、材料、機械、力學(xué)等為一體的綜合性行業(yè)，為人工智能技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊平臺。在航天領(lǐng)域，隨著任務(wù)復(fù)雜程度的增加，以及對精確性、效率的要求提高，常規(guī)的技術(shù)和方法已經(jīng)無法滿足任務(wù)需要，必須研究人工智能等新技術(shù)在航天領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。目前，智能控制、機器視覺、智能機器人、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)和方法在航天領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注和研究，并取得了一定進展，但真正實現(xiàn)航天領(lǐng)域的技術(shù)自動化智能化還需解決一系列問題。

2 人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 航天測控技術(shù)

航天測控，即通過對衛(wèi)星等航天器的位置、姿態(tài)測量，實現(xiàn)對航天器的控制，隨著航天器執(zhí)行的任務(wù)日益復(fù)雜，對航天器進行精確控制就顯得非常重要。傳統(tǒng)的控制方法通過精確編程實現(xiàn)，當(dāng)面對復(fù)雜任務(wù)或未知任務(wù)時就無能為力。人工智能技術(shù)能自動感知，并根據(jù)飛行任務(wù)制定控制方法，因而能顯著提高控制的時效性和精確性，同時減少了人為控制造成的失誤。隨著相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，人工智能將可能實現(xiàn)航天器自動處理故障、自動進行飛行規(guī)劃和路線設(shè)計等，具有巨大的軍事和民用潛力。

2.2 衛(wèi)星遙感

傳統(tǒng)的對地遙感模式對目標的針對性不強，對突發(fā)事件的響應(yīng)能力弱，且地面解釋和信息提取的時間較長，信息時效性差，因此有必要研究智能化的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)技術(shù)，這是機器視覺技術(shù)在航天領(lǐng)域應(yīng)用的最直接體現(xiàn)。通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)在軌決策處理，從而提高時效性，減少地面設(shè)備和人員的開銷，并能保證精確度。目前，與此相關(guān)的圖像識別技術(shù)在精確性上已經(jīng)遠遠超過人類。

國外相關(guān)機構(gòu)很早就對此開展了研究，如NASA的“地球觀測一號”搭載了自主科學(xué)飛船試驗系統(tǒng)，能使航天器自主開展科學(xué)試驗，美國的快速響應(yīng)“戰(zhàn)術(shù)星”TacSat-3能夠自動搜集和處理圖像并向地面?zhèn)鬟f，而國內(nèi)對此的研究相對較少。

2.3 智能機器人

由于太空環(huán)境的特殊性，許多宇航員無法執(zhí)行的任務(wù)必需由空間機器人替代或協(xié)助。相比于地面機器人，空間機器人的工作環(huán)境更惡劣，工作任務(wù)往往更復(fù)雜多變。按照用途的不同，空間機器人又可分為在軌服務(wù)機器人和星球探測機器人。其中在軌服務(wù)機器人是安裝在空間站或在空間站附近的機器人系統(tǒng)，可以協(xié)助宇航員完成復(fù)雜的任務(wù)。星球探測機器人是能對外星球表面進行探測的智能無人系統(tǒng)，可以完成自主著陸、自主執(zhí)行科學(xué)探測、收集樣品等任務(wù)。

空間機器人將是未來太空探索的關(guān)鍵助力，而人工智能是其核心技術(shù)。國內(nèi)外對相關(guān)技術(shù)的研究較多，但大多處于技術(shù)實驗驗證階段，如中國的玉兔號月球車、美國的Robonaut2機器人，后者是第一個進入太空的人形機器人。

2.4 空間站管理

考慮到宇航員的人數(shù)有限和空間站管理的復(fù)雜性，使用人工智能技術(shù)進行空間站等復(fù)雜系統(tǒng)的管理是很有必要的。智能化的空間站管理系統(tǒng)對整個空間站狀態(tài)自動監(jiān)測，對能源、電力等自動調(diào)度，并且具備預(yù)警和處理突發(fā)事故的能力。宇航員通過與人工智能管理系統(tǒng)的語音交流控制整個空間站，而無需關(guān)注技術(shù)細節(jié)，因此壓力大大減小，并減少了突發(fā)情況人為誤操作的概率。

除此之外，人工智能在發(fā)動機故障診斷、航天產(chǎn)品智能裝配等方面的應(yīng)用也得到了研究。

3 問題分析

人工智能技術(shù)能極大改善航天任務(wù)完成的質(zhì)量和效率，節(jié)省大量人力和物力，在航天領(lǐng)域中擁有廣闊的應(yīng)用前景，但在現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)必須解決一系列問題。

3.1 應(yīng)用環(huán)境不夠完善

現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)最主要的研究方法是統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法，其依托于對大量數(shù)據(jù)的分析，尤其近年取得較大進展的深度學(xué)習(xí)方法，需要對極大量的已標注的數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)才能得到適用的模型。目前，航天領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)的整理不夠完備，尤其國內(nèi)各家研究單位的數(shù)據(jù)相對分散，未形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，阻礙了人工智能技術(shù)的進一步研究。

另外，對人工智能在航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍定位不夠清晰。由于人工智能熱潮，人工智能的研究和應(yīng)用難免存在跟風(fēng)和炒作的現(xiàn)象。未來，人工智能在航天領(lǐng)域的應(yīng)用需要更多對相關(guān)系統(tǒng)的深入理解，如何在復(fù)雜系統(tǒng)中引入人工智能方法，如何界定人和人工智能在系統(tǒng)控制中的分工，以及人工智能在不同系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性，都需要更多的鉆研和探索。

3.2 相關(guān)技術(shù)不夠成熟

一方面，人工智能的相關(guān)理論還需進一步發(fā)展。當(dāng)前已發(fā)揮巨大作用的深度學(xué)習(xí)方法，本質(zhì)上來說還是一個“黑匣子”，無法合理解釋內(nèi)部學(xué)習(xí)的機理，也無法證明最終解就是最優(yōu)解，對于復(fù)雜任務(wù)尤其如此。而且，現(xiàn)階段的人工智能嚴格意義上說屬于“弱人工智能”，距離擁有和人一樣的情感思維活動還很遠。在航天領(lǐng)域，人工智能方法的應(yīng)用還不夠成熟，大部分航天系統(tǒng)的控制方式仍為遙感型，缺乏自主性，且無法執(zhí)行較復(fù)雜的任務(wù)，能自主決策、規(guī)劃、完成任務(wù)的智能機器人也還無法實現(xiàn)。因此，相關(guān)理論和方法的成熟，將對人工智能技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生巨大的推動力。

另一方面，光電技術(shù)、材料技術(shù)、能源技術(shù)、信息技術(shù)等可能成為人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。由于材料特性不足，當(dāng)前空間機器人對低重力、高輻射、超低溫的太空環(huán)境適應(yīng)能力較差，制約了其在太空中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力。而無論是在軌服務(wù)，或是星際探測，都需要能源動力技術(shù)與高效信息傳遞技術(shù)的支持。

3.3 其他安全隱患

最后，人工智能技術(shù)的大規(guī)模運用可能帶來一些人類從未經(jīng)歷過的困難和問題。第一，由于種種缺陷，再完善的人工智能技術(shù)也有出錯的可能性，在將系統(tǒng)控制權(quán)交給人工智能后，如何設(shè)計緊急應(yīng)對方案以防人工智能的誤操作，這是應(yīng)用人工智能技術(shù)必須考慮的問題；第二，未來人工智能系統(tǒng)可能面臨黑客或者計算機病毒的入侵，導(dǎo)致核心機密的丟失或智能系統(tǒng)的失效，進而造成更嚴重的損失，研究人工智能技術(shù)應(yīng)用的同時有必要加強信息安全系統(tǒng)的建設(shè)；第三，隨著科技的進步，“強人工智能”的時代可能會來臨，如何定義人和機器的區(qū)別，如何處理人和機器的關(guān)系，可能是未來人類面臨的最大苦惱。

4 結(jié)語

人工智能作為一項新興技術(shù)，在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了廣泛的研究和關(guān)注，尤其在航天測控技術(shù)、衛(wèi)星遙感、空間機器人、空間站管理等方面人工智能技術(shù)能發(fā)揮巨大作用。但目前航天技術(shù)距離真正的智能化還有很長的一段路要走：一是支撐人工智能技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)儲備可能不足；二是人工智能的相關(guān)理論、材料技術(shù)、能源技術(shù)、信息技術(shù)等不夠成熟；三是人工智能技術(shù)的應(yīng)用可能帶來更多安全隱患，因此必須建立相應(yīng)的應(yīng)對方案和防護措施。

人工智能將是人類飛向太空的一項關(guān)鍵技術(shù)，將為人類探索太空、接觸其他生命體提供更多可能性。隨著相關(guān)技術(shù)的突破，航空航天領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀拘缘淖兏?，由此將給人類世界帶來巨大影響。

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