成功登陸火星之后，美國宇航局(NASA)發(fā)射的“毅力號”火星探測器已經(jīng)從多種機(jī)載人工智能系統(tǒng)中獲得了至關(guān)重要的幫助，這些人工智能系統(tǒng)旨在指導(dǎo)該探測器在火星上開展為期兩年的探索性任務(wù)。

“毅力號”火星探測器成功完成了從地球到火星的2.93億英里的星際航行，并于美國東部標(biāo)準(zhǔn)時間2月18日15：55安全降落在火星表面。這次成功登陸是在火星探測器快速降落之后完成的，當(dāng)時運載它到火星的航天器在進(jìn)入火星大氣層時的速度從每小時12100英里降到了零，而“毅力號”火星探測器在進(jìn)入大氣層約7分鐘之后安全地降落在火星表面。

美國宇航局工程師和探索任務(wù)控制人員隨后檢查了“毅力號”火星探測器的各種系統(tǒng)，以確保在長途航行后一切都處于良好狀態(tài)，然后實施計劃中的科學(xué)實驗，旨在尋找數(shù)十億年前的火星微觀生命的痕跡。

美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室科學(xué)操作工程師Raymond Francis表示，為了完成這些實驗和任務(wù)，“毅力號”火星探測器采用的人工智能的功能與前4個火星探測器相比還要多，其中包括2012年8月6日抵達(dá)火星并仍在運行的“好奇號”火星探測器。

Francis說：“與實施火星科學(xué)實驗室(MSL)任務(wù)的‘好奇號’相比，“毅力號”火星的人工智能系統(tǒng)得到了升級。其中一些功能來自我們對‘好奇號’進(jìn)行的改進(jìn)和升級。”

人工智能在登陸火星中發(fā)揮的作用

Francis表示，“毅力號”火星探測器上搭載的主要人工智能系統(tǒng)對登陸措施進(jìn)行了加強(qiáng)，使其成功降落在28英里寬的Jezero 隕石坑附近。由于在現(xiàn)場環(huán)境中具有河流三角洲、懸崖、沙丘、巨石和較小的隕石坑，因此其登陸過程十分危險。

他表示，這就是采用人工智能技術(shù)的地形相對導(dǎo)航(TRN)系統(tǒng)發(fā)揮重要作用的地方。他說：“‘毅力號’火星探測器上有一個攝像頭，可以使它在降落到著陸地點時拍攝一張或多張圖像。而探測器中存有一張地形圖，可以與拍攝的這些圖像進(jìn)行匹配，并識別出其著陸位置。然后會計算剛被拍攝到圖像所在的位置以及將在哪里著陸的位置。”

Francis表示，這些自主功能對于探測器著陸至關(guān)重要，因為由于地球與火星之間的距離遙遠(yuǎn)，航天器在5到40分鐘之后(視情況而定)才能獲得任務(wù)工程師傳達(dá)的命令。這意味著將“毅力號”火星探測器安全降落在充滿危險的著陸區(qū)需要采用地形相對導(dǎo)航(TRN)系統(tǒng)，因為依靠任務(wù)工程師執(zhí)行滯后的人工控制命令是不可能實現(xiàn)的。

他說：“如果它意識到可能降落在不安全的地方，將會在超音速下降到零的過程中自動轉(zhuǎn)向降落到安全的著陸點。”

這就是美國宇航局宇航員尼爾·阿姆斯特朗于1969年7月20日在阿波羅11號登陸月球的過程中所要完成的任務(wù)。在那次任務(wù)中，阿姆斯特朗通過人工控制，將全球第一艘載人登月艙“老鷹”號降落在月球表面，因為登月艙自動化系統(tǒng)當(dāng)時正在將登月艙引導(dǎo)到一個危險著陸點。

Francis.說：“由于無人控制，人工智能系統(tǒng)可以使‘毅力號’火星探測器在杰澤羅隕石坑附近降落，這對‘好奇號’來說并不安全，而‘毅力號’的著陸系統(tǒng)采用人工智能技術(shù)，因此安全著陸。”

人工智能在瞄準(zhǔn)儀器中的應(yīng)用

人工智能還通過自主探索收集增強(qiáng)型科學(xué)系統(tǒng)(AEGIS)應(yīng)用在“毅力號”火星探測器的火星探索，AEGIS是一種智能瞄準(zhǔn)軟件，它允許任務(wù)工程師遠(yuǎn)程瞄準(zhǔn)和控制探測器的SuperCam攝像頭。而“好奇號”火星探測器采用的是ChemCam攝像頭，并使用了較早版本的AEGIS系統(tǒng)，但是這個更新的版本經(jīng)過了增強(qiáng)，可以與最新更新的SuperCam攝像頭配合使用。

Francis說：“‘毅力號’火星探測器將在著陸后不久開始使用它。”Francis是開發(fā)AEGIS的首席系統(tǒng)工程師。

他解釋說：“‘好奇號’的ChemCam攝像頭和‘毅力號’的SuperCam攝像頭也是一種激光光譜儀，可以發(fā)射具有強(qiáng)大能量的激光，通常是照射在探測器7米范圍內(nèi)的某塊巖石上，蒸發(fā)巖石表面的一部分。然后經(jīng)過觀察生成的巖石等離子體，以確定巖石的元素。”

這些實驗旨在幫助科學(xué)家了解火山巖石的成分，并使用其他測量方法來確定巖石的形成、來源以及其他細(xì)節(jié)。

Francis說：“通常情況下，我們讓地球上的科學(xué)家選擇某塊巖石進(jìn)行研究。他們通過從火星探測器上拍攝的照片選擇感興趣的巖石。但是由于探測器正在移動，并且圖像傳回地球的時間較長而錯過最佳的巖石。我們可以利用機(jī)載人工智能系統(tǒng)讓探測器在周圍選出最適合的巖石，由于在火星上的探索時間十分寶貴，因此我們通常讓人工智能系統(tǒng)進(jìn)行選擇。”

利用人工智能改進(jìn)自主導(dǎo)航

Francis表示，美國宇航局的“好奇號”探測器已經(jīng)采用了人工智能自主導(dǎo)航系統(tǒng)，而“毅力號”探測器的導(dǎo)航系統(tǒng)為此得到了極大的改進(jìn)。

他說：“我們需要在火星上能夠更快、更遠(yuǎn)地行駛，并采用了性能更高的計算機(jī)，能夠更快地進(jìn)行運算。在‘好奇號’探測器上，我們必須使用自動導(dǎo)航確定更短的距離，拍攝和計算立體圖像，以確定哪些是障礙物，哪些是安全路徑，然后沿著安全路徑行駛。但實際上的行程很短，只有一兩米。”

他補(bǔ)充說，現(xiàn)在這些過程已經(jīng)顯著加快。

他說：“我們簡化了 ‘毅力號’探測器的算法，提高了整體功能，因此實際上可以連續(xù)行駛。我們可以在行進(jìn)時拍攝照片并處理數(shù)據(jù)，這樣我們可以更快更遠(yuǎn)地自動導(dǎo)航。”

Francis表示，所有這些增強(qiáng)的人工智能功能以及即將推出的新功能，都將使未來的探測器更容易到達(dá)火星和更遠(yuǎn)的太空。

他說：“很多人已經(jīng)看到在國際空間站上利用自主性和智能技術(shù)來完成調(diào)度等各種事項，這些技術(shù)已不足為奇。但是，像國際空間站這樣的航天器技術(shù)極其復(fù)雜，其中有大量系統(tǒng)和功能，具有很多不同的依賴關(guān)系，并且必須在某些時候是同步完成。完成這些事項非常復(fù)雜，尤其是當(dāng)某些事情發(fā)生變化時。”

他說，“這就是人工智能幫助國際空間站完成任務(wù)發(fā)揮重要作用的地方。我們已經(jīng)在機(jī)器人任務(wù)中完成類似的開發(fā)，我認(rèn)為這在未來的任務(wù)中會更加重要，特別是在任務(wù)越來越復(fù)雜的時候。”

這些要求也將發(fā)揮作用，因為航天器將繼續(xù)遠(yuǎn)航，不必等待科學(xué)家的指令，這樣將會變得更好，更富有成效。

Francis說：“從地球向火星上的探測器發(fā)布指令的效率十分低下，但是可以在沒有這種自主權(quán)的情況下實施。但是探測器進(jìn)入太陽系的距離越遠(yuǎn)，通信時間的限制就意味著或者必須事先準(zhǔn)備好一切，或者必須讓航天器擁有自主的機(jī)構(gòu)。如果讓航天器能夠?qū)σ馔馐录焖僮龀龇磻?yīng)，必須具有自主決策權(quán)。我認(rèn)為這將變得越來越重要。”

他指出，探索太陽系之外的行星或在惡劣環(huán)境完成太空任務(wù)將越來越依賴于人工智能的自主性技術(shù)。

他說：“挑戰(zhàn)的一部分是使人們更加信任自主系統(tǒng)，以便對航天器做出正確的決策或選擇正確的科學(xué)數(shù)據(jù)。AEGIS就是一個示例，說明科學(xué)家團(tuán)隊對此感到非常滿意，并經(jīng)常使用，因為為他們提供了良好的科學(xué)數(shù)據(jù)。因此，我們必須證明自主系統(tǒng)或者能夠促進(jìn)科學(xué)發(fā)展，或者對航天器安全有效。”

2月20日在太空領(lǐng)域發(fā)生的另一件事是，HPE和Microsoft Azure公司將向國際空間站提供功能強(qiáng)大的人工智能、邊緣計算和云計算工具。新的人工智能和其他工具是正在進(jìn)行技術(shù)實驗的一部分，旨在為美國宇航局未來發(fā)射載人火星探測任務(wù)做好準(zhǔn)備。

這些新設(shè)備和軟件其中包括HPE的第二代星載計算機(jī)2(SBC-2)，這個標(biāo)志著首次向國際空間站提供廣泛的人工智能和邊緣計算功能。

新的硬件、軟件和服務(wù)在2月20日中午12：36通過諾斯羅普格魯曼公司的NG-15飛船發(fā)送到國際空間站。而NG-15飛船從美國弗吉尼亞州沃洛普斯島沃洛普斯發(fā)射中心設(shè)施發(fā)射，為國際空間站運送所需的物資。

編輯：jq