科学家对火星最新研究计划通过人工智能技术实现2020年登入火星-胜象大百科-提升认知,打开格局

火星2020是一个雄心勃勃的计划。美国宇航局计划在1.25火星年，即28个地球月内收集20个火星核心和土壤样本。——如果没有人工智能，这项任务将不可能完成，因为探测器将浪费太多时间等待指令。

目前，美国宇航局喷气推进实验室的火星科学实验室团队需要大约八个小时来规划好奇号火星探测器的日常活动，然后通过美国宇航局的深空网络发送指令。项目负责人将告诉火星车何时起床，需要多长时间来预热其仪器，以及如何避开会损坏其磨损车轮的岩石。

火星2020将需要它有更多的自主权。火星科学实验室——的任务经理，“火星科学实验室”的负责人说：“任务是按照地面周期进行的。”“它自己能做的越多，就能做得越好。”

除了从不犯错的哈尔

耗资24亿美元的火星2020任务只是美国宇航局对人工智能日益增长的需求的一个例子，尽管这个词本身就让一些人感到不安。许多美国宇航局的科学家和工程师更愿意称之为机器学习，而不是人工智能。在太空领域，这个宽泛的术语有时会让人想起《2001太空漫游》年亚瑟C克拉克发明的计算机HAL9000，号称记录完美，从不出错。

需要注意的是，NASA并不是要创造HAL。工程师正在开发软件和算法，以满足任务的具体要求。

美国宇航局艾姆斯研究中心自动化系统领域的资深科学家、智能机器人团队的负责人凯利方(Kelly Fong)说：“我们今天工作的重点不是智能，而是试图让系统更加独立、自动和自主。”

对于载人航天来说，就是为航天员提供软件，帮助他们处理从设备故障到紧急医疗的突发事件。例如，一种医疗辅助工具结合了具有推理和学习算法的数据挖掘，可以帮助宇航员在火星上执行多月的任务，处理从日常护理到疾病或受伤的一切事情。——“现在已经没有必要和很多飞行管制员讨论了，”Fong说。

通过用机器人探测火星，美国宇航局展示了其日益强大的探测器。当美国宇航局的火星探测器“勇气号”和“机遇号”在2004年登陆火星时，虽然通过软件升级获得了一定的自主性，但能做的仍然非常有限。相比之下，好奇心的能力显然要强很多。

去年，好奇号开始使用一款名为“科学知识收集独立探索”的软件，该软件将计算机视觉和机器学习相结合，根据科学家确定的标准选取岩石和土壤样本进行研究。火星车可以用其化学相机的激光拍摄目标，分析燃烧的气体，将图像和数据打包，然后发送回地球。

“负责这项任务的科学家很兴奋，因为在过去，他们必须看着图像，选择目标，发送命令，并等待数据回来，”JPL机器学习和仪器自治小组的研究员奇莉瓦格斯塔夫说。

虽然数据从火星传输到地球只需要10到30分钟，但任务控制人员只能利用深空网络上分配给他们的时间来发送和接收数据。

“就算探测器能跟我们聊一整天，我们也不可能整天回答吧？”瓦格斯塔夫说。“我们每天只听两次，每次10分钟，因为深空网络正忙于接收卡西尼、旅行者、先锋、新视野和所有其他任务的联系信号。”

火星2020探测器的设计目标是独立做更多的事情，以便更好地与任务经理沟通。在处理发送给它的任务和做一些杂务之前，如果还有电，它会唤醒自己，并将仪器加热到合适的温度。

“理想情况下，这对我们有好处。我们想要的是目标的图像和仪器的数据。收集完这些后联系我们，然后我们会利用这些信息引导它获取样本。”特罗斯珀说。

NASA目前还没有实现这个目标，但是火星2020项目已经促使他们朝着这个方向改进软件，使探测器能够自己在火星表面从一个点移动到另一个点，同时避开障碍物。“这就像初学走路的孩子学习的基本技能。不要撞到障碍物。”他说。这种自主性越来越多地加入到我们的太空计划中。展望未来，我认为我们会越来越多地使用这些智能技术。

未来的任务，如美国宇航局的欧罗巴飞船，将需要更强大的人工智能来发现从地下海洋升起的羽流和热液喷口造成的月球冰面裂缝。瓦格斯塔夫说，当科学家无法预测何时何地会有新发现时，他们需要人工智能来“观察、关注、收集数据并将其发送回来”。

随着木卫二飞船上仪器数据收集的完成，飞船的机载处理器需要“优先进行观测，并将最感兴趣的数据发送回地球。”“我们收集的数据总是比传输的多。”

在比火星更远的任务中尤其如此，这些任务需要卫星进行数据传输。因为距离的原因，前往木卫二或者土星的卫星土卫二的任务也会有通信延迟。

美国宇航局开发了地球观测卫星软件，可用于海洋观测任务。2013年发射的“智能有效载荷实验”卫星依靠机器学习来分析图像，并专注于观察与周围环境不同的区域。

“它睁大眼睛，寻找任何与我们预期不符或不同的东西，”他说。“我们无法预测我们能找到什么。我们不想错过一些东西，因为我们没有教机器找到东西的技能。”

未来的一项任务是通过木卫二表面的冰层调查水下是否存在生命，这将需要更多的机器智能。美国宇航局可能会设计软件来寻找化学成分或温度变化的不一致性。“这样你就不用告诉它生活是什么样的，它吃什么，它的能量来源是什么，”wagstaff说。

在工程师将硬件和软件送入太空之前，他们将在地球上类似的环境中进行广泛的测试。工程师们正在沙漠中测试火星任务。木卫二任务的最佳模拟地点可能是北极的冰川。

“我们敏锐地意识到降低风险，因为这是一艘耗资数亿甚至数十亿美元的飞船，”他说。“我们所做的一切，在被送上飞船之前，都经过了多年的详细测试。”

人工智能控制一切

SpaceX和波音公司正在地球和国际空间站之间建造一个太空舱，该太空舱旨在一旦发射完成，完成对接任务并返回地球，就可以自主运行。

“这样，美国宇航局工作人员学习航天器控制所需的时间将比进行微重力实验和维持卫星轨道所需的时间更少。”克里斯弗格森说，他是波音公司CST-100星际航线项目的负责人和任务执行者。

“这将大大减少训练时间。他们只需要学习那些重要的东西，以及如何发现飞船没有按计划完成行动。”弗格森告诉太空新闻。