一说起太空 AI,你脑海中浮现的是这样的角色吗? 图 | 电影《星球大战》的AI机器人:C-3PO和R2-D2(来源:starwars.fandom.com) 实际上,早在现代计算机问世之前,科幻小说就已经大胆提出了在太空中使用 AI 的想法。差强人意的是,目前我们的太空 AI 技术还未成熟。不过人类确实需要太空 AI 的帮助,因为太空中充满挑战,许多太空任务对精确度要求极高,仅凭人类难以实现。 目前在太空中使用最多的 AI 系统当属一些卫星,它们通常负责太空摄像,每秒产生约 16 张图像,但这些图像的质量较差,无法用常规代码进行处理。 此外,一颗卫星每天大概需要处理 150 TB 数据!如果这些数据未能在当天处理完而留到了第二天,它们将毫无作用。毕竟,有谁需要昨天的天气情况呢?同样重要的是,如果没有迅速处理这些数据,那么将必须等到卫星一直绕轨道旋转至相同位置才能有机会再次获取所需数据或照片。 更糟糕的是,由于延时,原本监控的东西往往已经移动或更改,例如有一个小行星正向地球冲来!不幸的是,由于未能及时处理该信息,一切都将为时已晚。 当然,我们也能看到,人类科学家已经开始尝试使用 AI 技术和 AI 机器人,来帮助人类探索太空、征服太空。
如前所说,卫星为我们提供了有价值的信息,但是卫星在此过程中要做的一件事是创建大量的数据和图像,卫星每天产生约 150 TB 的数据,而 AI 真正擅长的一件事就是非常快速地处理大量数据。因此,使用 AI 分析卫星上的数据也就不足为奇了。
▍管理卫星 许多人认为卫星易于使用,人们只需将其发射进入轨道,它们就能开始执行任务。但其实,这一想法有些天真。 AI 和 ML 在人造卫星上的主要用途之一是使之自动化,因为在过去,人造卫星执行任务时需要大量的人工操作。而现在,借助新的 AI 和 ML,算法卫星可以自动进行航向校正,以避开太空垃圾和其他卫星,还可以自动进行监视和维护任务,自动与地勤人员通信,并自动对外部刺激和传感器数据做出响应。 Airbus 公司还一直在使用 Google 的开源 AI 语言 Tensor Flow 来监控其卫星在轨道上的运行状况,从而使它们的卫星表现更出色。IBM 也有一个名为 KubeSat 的项目,允许卫星间相互通信,创造了在太空中使用 AI 卫星的热潮。 图 | NASA的轨道上有很多卫星,帮助NASA研究海洋、陆地和大气层(来源:NASA) ▍手机网络 此外,将 AI 与卫星结合使用,可以轻松地为身处信号不足地区的人们提供互联网服务。这些地区根本没有能力去自主发射绕地飞行的人造卫星,也无法使用电缆,光纤或移动网络。在休斯 Hughes,人们使用 AI 来克服不良网络状况,例如没有电话服务或电话服务缓慢,该算法可防止约 70%的不良网络状况。
▍卫星图像增强
卫星图像具有极高的分辨率,但是如果我们需要更清晰的图像该怎么办?SuperRes 是一种 AI 算法,可以自动提高卫星图像的质量。它可以为卫星提供更低成本、更轻便的图像传感器。
Airbus 公司还使用了基于 Tensor Flow 和广达几十亿平方公里图像的 AI 算法,来进行自动云检测(如 literal clouds),传统上在图像传递之前所需要的手动检查步骤也因此得以省略。现在该算法还可以检测汽车,轮船或飞机等物体。
NASA 计划在 2033 年将人类送往火星,而埃隆·马斯克(Elon Musk)希望在 2022 年就完成该目标,但前提是,在宇航员到达火星之前,就要在火星上建立起人类可居住的地方。另外,火星上的栖息地必须密闭,能够经受住持续数月之久的沙尘暴侵袭,并能承受-129C(200F)至-46C(-50F)的温度以及任何宇宙碎片。
但其实,我们可以在宇航员到达火星之前使用 AI 为宇航员 3D 打印一个居住地。AI Space Factory 是一家致力于火星居住地建设的公司。他们使用 3D 打印技术建造出一个居住地,由可在火星上找到的玄武岩和一种由玉米制成的塑料聚合物制成,NASA 希望能在火星上种出玉米以减少材料的运输成本。而且,该居住地是由一种生成设计 AI 设计为蛋形结构,这让他们能够使用最少的材料,创建出非常坚固的最佳结构,而且这种结构具有最佳的隔热效果。 图 | 在 NASA 3D 打印栖息地挑战赛中,AI Space Factory 团队在火星栖息地前留影
太空 AI 未来的潜在用途
▍基于太空的战争情报
卫星可以用来向前线人员或操控信息战争的人提供情报。通常,数据处理和开发是在地面上进行的,而卫星则下载数据,但是 Raytheon Intelligence & Space 正在研究一种将数据收集、数据开发者和数据发送等功能全部集成至卫星的系统。
▍网络安全
SmartSat 正在使用卫星 AI 通过启发模式来检测异常并改善网络安全。随着新威胁的出现,它可以通过自动更新来提高机载网络安全性。
▍减少耗电量
AI 甚至可以为国际空间站或卫星节省电力。这对太空技术的作用非常大,因为对于卫星或者火箭发射来说,任何重量的减轻都将大大提高发射成功概率。而且,更有效的能源使用将使人们能够获取更多的太空能源。此外,AI 还有可能应用于自动化采矿、AI 宇航员、使任何月球或火星基地任务实现自动化、太空旅游等等领域。
当然,我们还需注意,太空是一个极其危险的环境,而太空探索意味着生成、获取和处理大量数据,AI 就恰好擅长与大量数据打交道。 同时,太空 AI 的使用可以彻底改变太空技术(现在它已经在这样做了),相信很快,我们就会看到 AI 完全替代人类宇航员——因为 AI 技术可以最大程度地减少生命损失,更廉价、更有效、更轻便,并且其潜在错误更少。