來源： 學術plus
2021年3月26日，spacenews網站發布文章 《人工智慧在空間系統中的應用：任務改進的機會》（ Op-ed | The use of AI in space systems: opportunities for mission improvement） 。文章認為，人工智慧的許多功能有望為未來太空行動提供廣闊的應用前景，同時提出人工智慧可以加強關鍵太空任務的4大途徑，以及相關的方法示例。
文章 僅供參考，觀點不代表本機構立場。
人工智慧在太空行動中的應用分析
作者： Chris Bogdan，F-35計劃前負責人，Booz Allen Hamilton航空航天業務高級副總裁， Saurin Shah，Booz Allen Hamilton國家安全業務人工智慧負責人
編譯：禹化龍，審校：電科小智
來源：SPACENEWS網站（轉載自公眾號「中國新一代人工智慧」）
「
從分析火星地形到加強星地間通信，人工智慧在太空探索等行動中發揮的作用越來越重要。人工智慧具有許多功能，有望為數據龐大且複雜的太空行動提供廣闊的應用前景。
國際上，眾多太空行動組織均已認識到人工智慧可 快速、準確地執行複雜任務並增強決策能力，在整個太空領域採用人工智慧有助於提高任務效率和應變能力。
當前，太空環境正變得越來越擁擠、複雜並充滿爭議，太空已不再是美國或盟軍太空資產的安全庇護所。人工智慧可顯著提高太空作為作戰域的意識和指揮控制決策，提高衛星及其連接網絡的彈性。為發揮人工智慧技術進步帶來全部潛能，必須提升人工智慧技術的安全性並信任人工智慧技術。人工智慧的分析結果將幫助進行決策，但指揮和操作人員面臨生命和關鍵資產等風險時是否信任人工智慧則是必須解決的問題。
以下是人工智慧加強關鍵太空任務的4個主要方面，及其相關的技術方法示例：
1.提高認識
利用人工智慧提高對 太空域的認識
太空變得越來越擁擠。目前，環繞地球運行的衛星超過2600顆，10厘米及以上的物體超過3.4萬個，1至10厘米間的空間碎片約90萬片。它們都以不同的軌道、不同的平面和不同的速度運動。清楚地了解這種複雜的環境是在太空中安全運行和保護太空資產的重要的第一步。人工智慧可在多個層面上發揮作用，幫助操作員判斷物體是空間碎片還是運行的衛星等，並做出適當回應。具體包括以下兩個方面：
1.1 建立「太空花名冊」
利用人工智慧系統根據現有數據生成地球附近太空軌道上已知物體的綜合目錄。該人工智慧系統可連續監視和評估存在碰撞的可能性，並在風險增加的情況下向衛星和太空飛行器操作員發出警報。一旦操作員藉助其「空間目錄」確定一顆衛星處於危險之中，人工智慧就可以幫助他們確定保護該衛星的最佳行動方案。這樣的人工智慧/機器學習系統會將傳統的建模和仿真與深度學習網絡相結合，快速生成一系列避開太空物體的潛在動作。
1.2 編程「智能迴避方案」
在太空中，每種潛在的迴避策略都帶有各種利弊，並可能產生些許互相關聯的影響，例如，一種行動方案可減少燃料耗費等影響，另一種行動方案則可幫助操作人員最大程度地減少下游干擾或碰撞。因此，操作人員可對人工智慧/機器學習系統進行預設編程，使其能根據當前的任務標準給出最合適的迴避方案，以供指揮或操作人員依需判斷選擇，以執行最適當的操作，使寶貴的太空資產免受傷害。
時間緊急的情況下，人工智慧/機器學習系統可在幾分鐘內提供推薦方案，而傳統方法則需要數小時或數天。這就是使用人工智慧在日益擁擠的太空環境中加速領域感知並減少意外衝撞的能力。
2.加速指控決策
利用人工智慧加速指揮控制與決策
人工智慧在指揮控制決策領域也具有巨大的應用潛力，尤其是在資產受到威脅而反應時間很短的情況下。由於操作員必須保護太空資產免受反衛星（ASAT）武器的攻擊，因此其可能只有幾分鐘的應對時間。運用人工智慧和數據分析將幫助決策者快速、有效地分析大量數據並迅速採取後續可能的行動，這在過去幾乎是無法實現的。
3.增強彈性
通過機器學習和自動化增強彈性
為滿足全球通信和數據傳輸的商業需求，衛星星座及其連接網絡正變得越來越龐大、複雜，衛星通信網絡正變得越來越容易受到日益複雜的動能和非動能武器威脅和攻擊。將人工智慧應用於太空系統可減少這些威脅，並使太空網絡和星座更具彈性。
操作人員可使用人工智慧，然後再應用人工智慧算法來「修復」或自適應響應，以確保網絡中的所有節點都能重新連接。
另外，還可以將自我學習算法嵌入到衛星本身中，使其在失去與地面操作之間的上行鏈路和下行鏈路通信時可更具彈性。
此外，人工智慧還可以 自動檢查衛星本身的「健康狀況」，解決其異常情況並執行針對威脅的防禦措施。
4.建立信任
通過算法開發和培訓操作人員建立信任
安全性和信任對於使用人工智慧並發揮其效力至關重要。人工智慧的安全性始於人工智慧算法的發展，組織部門必須確保用於訓練算法的數據的純正性，以確保在儘可能少偏差的情況下開發算法，並在整個軟體開發和數據存儲過程中保持安全性。
此外，擁有太空資產和系統的組織需要對操作人員進行人工智慧和機器學習方面的培訓，如理解人工智慧系統的構建和設計等。操作人員還必須全面了解其人工智慧驅動解決方案的功能和局限性，因為只有開展全面系統的培訓和教育並採取安全的使用流程，才能使操作人員和決策人員充分信任並使用人工智慧系統來幫助其開展任務。
結 語
隨著太空環境的迅速變化、新用戶和新功能的增加，以及日益複雜威脅的擴散，遏制威脅和保護太空資產已成為確保國家安全的當務之急。通過提高太空域意識，加快指揮和控制決策，使衛星及其網絡更具彈性等措施，人工智慧解決方案的採用可為保護、改進和增強太空任務能力，保持美國在太空的主導地位等提供了變革性的機會。但要實現人工智慧的廣泛運用，還必須確保人工智慧系統得到安全的開發和維護，確保開展可使指揮和操作人員具備接受人工智慧等變革性技術所需能力和知識的培訓等。