【智库声音】人工智能上太空！终于走到这一步

来源：学术plus

2021年3月26日，spacenews网站发布文章《人工智能在空间系统中的应用：任务改进的机会》（Op-ed | The use of AI in space systems: opportunities for mission improvement） 。文章认为，人工智能的许多功能有望为未来太空行动提供广阔的应用前景，同时提出人工智能可以加强关键太空任务的4大途径，以及相关的方法示例。

文章仅供参考，观点不代表本机构立场。

人工智能在太空行动中的应用分析

作者：Chris Bogdan，F-35计划前负责人，Booz Allen Hamilton航空航天业务高级副总裁，Saurin Shah，Booz Allen Hamilton国家安全业务人工智能负责人

编译：禹化龙，审校：电科小智

来源：SPACENEWS网站（转载自公众号“中国新一代人工智能”）

从分析火星地形到加强星地间通信， 人工智能在太空探索等行动中发挥的作用越来越重要。 人工智能具有许多功能，有望为数据庞大且复杂的太空行动提供广阔的应用前景。

国际上，众多太空行动组织均已认识到人工智能可快速、准确地执行复杂任务并增强决策能力，在整个太空领域采用人工智能有助于提高任务效率和应变能力。

当前，太空环境正变得越来越拥挤、复杂并充满争议，太空已不再是美国或盟军太空资产的安全庇护所。人工智能可显著提高太空作为作战域的意识和指挥控制决策，提高卫星及其连接网络的弹性。为发挥人工智能技术进步带来全部潜能，必须提升人工智能技术的安全性并信任人工智能技术。人工智能的分析结果将帮助进行决策，但指挥和操作人员面临生命和关键资产等风险时是否信任人工智能则是必须解决的问题。

以下是人工智能加强关键太空任务的4个主要方面，及其相关的技术方法示例：

1.提高认识

利用人工智能提高对太空域的认识

太空变得越来越拥挤。目前，环绕地球运行的卫星超过2600颗，10厘米及以上的物体超过3.4万个，1至10厘米间的空间碎片约90万片。它们都以不同的轨道、不同的平面和不同的速度运动。清楚地了解这种复杂的环境是在太空中安全运行和保护太空资产的重要的第一步。人工智能可在多个层面上发挥作用，帮助操作员判断物体是空间碎片还是运行的卫星等，并做出适当回应。具体包括以下两个方面：

1.1 建立“太空花名册”

利用人工智能系统根据现有数据生成地球附近太空轨道上已知物体的综合目录。该人工智能系统可连续监视和评估存在碰撞的可能性，并在风险增加的情况下向卫星和航天器操作员发出警报。一旦操作员借助其“空间目录”确定一颗卫星处于危险之中，人工智能就可以帮助他们确定保护该卫星的最佳行动方案。这样的人工智能/机器学习系统会将传统的建模和仿真与深度学习网络相结合，快速生成一系列避开太空物体的潜在动作。

1.2 编程“智能回避方案”

在太空中，每种潜在的回避策略都带有各种利弊，并可能产生些许互相关联的影响，例如，一种行动方案可减少燃料耗费等影响，另一种行动方案则可帮助操作人员最大程度地减少下游干扰或碰撞。因此，操作人员可对人工智能/机器学习系统进行预设编程，使其能根据当前的任务标准给出最合适的回避方案，以供指挥或操作人员依需判断选择，以执行最适当的操作，使宝贵的太空资产免受伤害。

时间紧急的情况下，人工智能/机器学习系统可在几分钟内提供推荐方案，而传统方法则需要数小时或数天。这就是使用人工智能在日益拥挤的太空环境中加速领域感知并减少意外冲撞的能力。

2.加速指控决策

利用人工智能加速指挥控制与决策

人工智能在指挥控制决策领域也具有巨大的应用潜力，尤其是在资产受到威胁而反应时间很短的情况下。由于操作员必须保护太空资产免受反卫星（ASAT）武器的攻击，因此其可能只有几分钟的应对时间。运用人工智能和数据分析将帮助决策者快速、有效地分析大量数据并迅速采取后续可能的行动，这在过去几乎是无法实现的。

人工智能系统分析ASAT轨迹数据以识别可能的目标，随后，其可迅速制定多种行动方案，采取包括机动、反制或参与进攻、防御等行动。人工智能系统的行动方案是在考虑到相关后果和影响的基础上给出的，操作和指挥人员可及时获得优化选择的菜单，从而加速指挥和控制决策，并加强关键任务的太空防御能力。

3.增强弹性

通过机器学习和自动化增强弹性

为满足全球通信和数据传输的商业需求，卫星星座及其连接网络正变得越来越庞大、复杂，卫星通信网络正变得越来越容易受到日益复杂的动能和非动能武器威胁和攻击。将人工智能应用于太空系统可减少这些威胁，并使太空网络和星座更具弹性。

操作人员可使用人工智能快速扫描数据以识别网络漏洞，然后再应用人工智能算法来“修复”或自适应响应，以确保网络中的所有节点都能重新连接。

另外，还可以将自我学习算法嵌入到卫星本身中，使其在失去与地面操作之间的上行链路和下行链路通信时可更具弹性。

此外，人工智能还可以自动检查卫星本身的“健康状况”，解决其异常情况并执行针对威胁的防御措施。

4.建立信任

通过算法开发和培训操作人员建立信任

安全性和信任对于使用人工智能并发挥其效力至关重要。人工智能的安全性始于人工智能算法的发展，组织部门必须确保用于训练算法的数据的纯正性，以确保在尽可能少偏差的情况下开发算法，并在整个软件开发和数据存储过程中保持安全性。

此外，拥有太空资产和系统的组织需要对操作人员进行人工智能和机器学习方面的培训，如理解人工智能系统的构建和设计等。操作人员还必须全面了解其人工智能驱动解决方案的功能和局限性，因为只有开展全面系统的培训和教育并采取安全的使用流程，才能使操作人员和决策人员充分信任并使用人工智能系统来帮助其开展任务。

结 语

随着太空环境的迅速变化、新用户和新功能的增加，以及日益复杂威胁的扩散，遏制威胁和保护太空资产已成为确保国家安全的当务之急。通过提高太空域意识，加快指挥和控制决策，使卫星及其网络更具弹性等措施，人工智能解决方案的采用可为保护、改进和增强太空任务能力，保持美国在太空的主导地位等提供了变革性的机会。但要实现人工智能的广泛运用，还必须确保人工智能系统得到安全的开发和维护，确保开展可使指挥和操作人员具备接受人工智能等变革性技术所需能力和知识的培训等。