人工智能技术在航天领域的应用

人工智能技术在航天领域的应用

2017年12月1日摘要:随着人工智能技术的迅速发展逐渐成熟，已经成为许多高新科技产品中的核心技术。本文对人工智能技术在航天领域中的一些应用进行了简要介绍，并对人工智能技术在未来航天中的应用进行了展望。

关键词：航天；人工智能。

一、人工智能在无人飞行器上的应用

1、人工智能和机器人

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。早在1967 年美国发射的勘测者3号飞行器上就装有机械臂，它在月球上完成了掘沟，地质调查和采集标本等工作，1970 年苏联发射了“月球”16 号和17号两个飞行器，飞行器上装有月球车，月球车在地面遥控下完成月面行走和摄影任务，车上的掘岩机还完成了标本采集工作。1978年美国海资号火星着陆飞船(一种先进的空间机器人),通过搭载计算机不仅成功地控制飞船安垒着陆，而且还在没有地面指令的情况下实现了长达 58 个火星日(每个火星日相当于24小时37分26.4秒)的探测,1977-1986 年，美国在旅行者探测器上采用了人工智能技术,完成了精密导航，科学观测任务,其上计算机收集和处理了木星和土星等各种不同数据。

二、人工智能在航天飞机上的应用前景

1、人—机接口

采用人工智能技术，在地面站与飞船，航天飞机与机械手之间(人与操作对象问)建立起完美的人--机接口，利用通信回路把由人直接控制的直接控制系统和采用遥控方式控制操作对象的遥控系统联接起来。

三、人工智能在空间站上的应用前景

人工智能在空间站计划等的应用:NASA的先进技术咨询委员会认为空间站中有三个方面必须采用人工智能技术，才能实现高度人工智能，确保可靠性。

(1)空间站分系统，空间站应用，利用空间站在空间进行各种实验时的监控,故障诊断，舱外活动，交会对接，飞行规划等的系统。

(2)空间结构物的组装,从航天飞机上卸下和移动补给物资手段的智能化。

(3)卫星服务和空间工厂设备维修用的远距离操纵器/机器人，空间工厂设备控制和操作等用的系统。该先进技术咨询委员会还确定了适用于空间站初始阶段和发展阶段的自动化和仿真机器人学的目标,事实上在初始阶段系统是作为支援系统，在发展阶段将作为一种综台性的信息和控制系统的控制部件用。

四．人工智能在其他一些和航天应用前景

简单地叙述一下几种其他的应用: 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，也可以带有启发，取决于分配条件的复杂性。防卫探测区的雷达定位——这种应用同上述两种应用一样是确保达到规

定探测要求的雷达最佳定位的搜索问题。只要具体的可选位置在地形上是固定的，配置适当数量的雷达使用穷尽搜索法是可行的。用于吞吐量分析的嵌套式系统的模拟——这种应用与工厂地面模拟是一样的。在这种情况下，对嵌套式系统和相应的数字信息通信进行模拟以确定吞吐量，利用效率瓶颈和紧急情况。此系统是一种工作站，它能使用户对交替配置进行试验，并且还能评价系统在各种负荷情况下的性能。船舶跟踪和监测的模糊解答——这种应用是用来监测和跟踪船舶和其他使用来自多源和有多种解释数据的台站。系统可以保持有多种矛盾解释的传感器数据，直到数据得到了解答为止。此系统主要是系统而不是工作站，这是由于传感器的解释要求有启发功能。

六．未来人工智能在航天上应用

未来航天中人工智能系统的发展在初期，航天中人工智能(AI)系统可采用两层次结构，航天员位于指挥，管理层，各种人工智能子系统则位于执行层次。相互作用主要发生在航天员与AI之间，不同的AI子系统之间没有或只有少量的信息交换。显然，这样的系统较为松散。随着AI 技术和功能的发展，就会出现具有管理功能的AI子系统，它负责对各种 AI 单元或子系统的监控和协调，航天员也应当有明确的分工，于是形成多层次的结构。在这种系统中，位于顶层的指令长，是整个系统的核心，既负责航天员的协调管理，也密切关注担负管理职能的 AI子系统。人与AI的各种信息接口是航天中AI系统能够有效工作的关键环节。信息接口包括听觉，视觉，触觉信号和遥测信号。语言交流是最有效的一种信息交换方式，所以无论是智能管理系统还是航天机器人，都应当具有人类语言的理解能力。当然航天中人工智能系统不仅要考虑其功能的完善性，更要注重其运行可靠性，所以，发展的策略应当是在可靠的基础上由简单到复杂地逐步进化，最终发展为以航天员为核心的智能性很强的，能完成各种航天任务的人工智能系统。这种技术的发展不仅使载人航天出现一个崭新的局面，还必然会促进地面人工智能理论和技术以及人类智能研究的发展。

总而言之，伴随航天事业的飞速发展和对高度机械化，人工智能的要求越来越追切，人工智能技术将是解决这些问题的关键，因此迅速研究人工智能并使其广泛应用于航天领域已是刻不容缓。