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人工智能在火星探测器“毅力”登陆火星中的应用

在2月18日成功登陆火星后,美国宇航局发射的火星探测器“坚忍号”得到了各种机载人工智能系统的重要帮助,这些系统旨在指导探测器在火星上执行为期两年的探索任务。

“锲而不舍”火星探测器成功完成了从地球到火星的2.93亿英里星际航行,并于2月18日美国东部时间15336055安全降落在火星表面。火星探测器快速着陆后,成功着陆完成。当时搭载它的飞船进入火星大气层时,速度从每小时12100英里下降到零,而火星探测器“毅力号”在进入大气层约7分钟后安全降落在火星表面。

NASA工程师和探测任务控制人员随后检查了“坚韧”火星探测器的各种系统,以确保在长途航行后一切都处于良好状态,然后进行了计划中的科学实验,目的是寻找数十亿年前火星微观生命的痕迹。

美国宇航局喷气推进实验室科学运行工程师雷蒙德弗朗西斯(Raymond Francis)表示,为了完成这些实验和任务,“毅力”火星探测器比之前的四个火星探测器使用了更多的人工智能功能,包括2012年8月6日抵达火星并仍在运行的“好奇号”火星探测器。

弗朗西斯说:“与执行火星科学实验室(MSL)任务的好奇号相比,毅力火星的人工智能系统已经升级。其中一些功能来自我们对好奇号的改进和升级。”

人工智能在登陆火星中的作用

弗朗西斯说,火星上的主要人工智能系统“毅力”加强了着陆措施,使其成功降落在28英里宽的杰零陨石坑附近。由于场地环境中有河流三角洲、悬崖、沙丘、巨石和较小的陨石坑,着陆过程非常危险。

他说,这就是使用人工智能技术的地形相对导航(TRN)系统发挥重要作用的地方。他说:“毅力火星探测器有一个摄像头,可以让它在着陆点着陆时拍摄一张或多张照片。探测器中有一张地形图,可以与这些图像匹配,识别其着陆位置。然后它将计算刚刚拍摄的图像的位置以及它将在哪里着陆。”

弗朗西斯说,这些自主功能对探测器的着陆非常重要,因为由于地球和火星之间的距离很远,航天器需要5到40分钟(视情况而定)才能得到任务工程师传达的命令。这意味着需要地形相对导航(TRN)系统来使火星探测器坚韧号在危险的着陆区域安全着陆,因为不可能执行任务工程师延迟的手动控制命令。

他说:“如果它意识到自己可能会降落在不安全的地方,那么当超音速降到零时,它会自动转向,降落到安全的着陆点。”

这是1969年7月20日阿波罗11号登陆月球时,美国宇航局宇航员尼尔阿姆斯特朗应该完成的任务。在那次任务中,阿姆斯特朗通过手动控制将世界上第一个载人登月舱鹰号降落在月球表面,因为登月舱自动化系统正在将登月舱引导到一个危险的着陆点。

弗朗西斯说:“由于没有控制,人工智能系统可以让‘毅力’号火星探测器在杰泽洛陨石坑附近着陆,这对好奇号来说并不安全,而‘毅力’号着陆系统采用了人工智能技术,所以安全着陆。”

人工智能在瞄准仪器中的应用

人工智能还通过自主探测和收集增强科学系统(AEGIS)应用于“毅力”火星探测器的火星探测,AEGIS是一种智能瞄准软件,允许任务工程师远程瞄准和控制探测器的超级摄像机。好奇号火星使用的是ChemCam摄像头和较早版本的AEGIS系统,但这个更新版本已经过增强,可以和最新更新的SuperCam摄像头配合使用。

弗朗西斯说:“毅力号火星探测器将在着陆后不久开始使用它。”Francis是负责开发AEGIS的首席系统工程师。

他解释说:“好奇号的ChemCam相机和百折不挠号的SuperCam相机也是激光光谱仪,可以发射出能量强大的激光,通常会照射到探测器7米范围内的一块岩石,蒸发掉岩石表面的一部分。然后观察产生的岩石等离子体,确定岩石的元素。”

这些实验旨在帮助科学家了解火山岩的成分,并使用其他测量方法来确定岩石的形成、来源和其他细节。

弗朗西斯说:“通常,我们让地球上的科学家选择一块岩石来研究。他们通过从火星探测器上拍摄照片来选择感兴趣的岩石。但是因为探测器在运动,图像长时间传回地球,错过了最好的岩石。我们可以利用机载人工智能系统让探测器选择周围最合适的岩石。因为火星上的探索时间非常宝贵,我们通常让人工智能系统来选择。”

利用人工智能改进自主导航

弗朗西斯说,NASA的好奇号采用了人工智能自主导航系统,毅力号的导航系统得到了很大的改进。

他说:“我们需要能够在火星上更快更远地旅行,并采用性能更高的计算机,它可以更快地执行计算。在好奇号上,我们必须使用自动导航来确定较短的距离,拍摄并计算立体图像来确定哪些障碍物是安全路径,哪些是安全路径,然后沿着安全路径行驶。但实际行程很短,只有一两米。”

他补充说,这些过程现在已经大大加快了。

他说:“我们简化了‘恒心’探测器的算法,改进了它的整体功能,所以它实际上可以连续驾驶。我们可以在旅行时拍照和处理数据,这样我们就可以更快更远地自动导航。”

弗朗西斯说,所有这些增强的人工智能功能和即将推出的新功能将使未来的探测器更容易到达火星和其他地方。

他说:“许多人已经看到了使用自主和智能技术来完成国际空间站上的调度和其他事项。使用这些技术并不奇怪。但国际空间站等航天器技术极其复杂,其中有大量的系统和功能,它们有许多不同的依赖性,必须在某个时间同步完成。完成这些事情非常复杂,尤其是当事情发生变化的时候。”

他说,“这就是人工智能在帮助国际空间站完成任务方面发挥重要作用的地方。我们在机器人任务上也完成了类似的开发,我想这在以后的任务中会更重要,尤其是任务越来越复杂的时候。”

这些要求也会起到作用,因为飞船会继续长途航行,不需要等待科学家的指令,这样会变得更好,更有生产力。

弗朗西斯说:“从地球向火星探测器发出指令是非常低效的,但没有这种自 *** 也可以实施。但是探测器进入太阳系越远,通讯时间的限制意味着一切都必须提前准备,或者说飞船必须有自己的机制。如果飞船能够快速应对突发事件,就必须拥有自主决策的权利。我觉得这个会越来越重要。”

他指出,探索太阳系以外的行星或在恶劣环境下完成太空任务将越来越依赖人工智能的自主技术。

他说:“挑战的一部分是让人们更加信任自主系统,这样他们就可以在航天器上做出正确的决定或选择正确的科学数据。AEGIS就是一个例子,说明科学家对此非常满意,经常使用,因为它给他们提供了很好的科学数据。因此,我们必须证明自治系统要么能促进科学发展,要么对航天器安全有效。”

2月20日在太空领域发生的另一件事是,HPE和微软Azure将为国际空间站提供强大的人工智能、边缘计算和云计算工具。新的人工智能和其他工具是正在进行的技术实验的一部分,旨在为美国宇航局未来的载人火星探索任务做准备。

这些新设备和软件包括HPE的第二代机载计算机2(SBC-2),这标志着第一次向国际空间站提供广泛的人工智能和边缘计算功能。

新的硬件、软件和服务于2月20日中午12336036由诺斯罗普格鲁曼(Northrop Grumman)NG-15号宇宙飞船送往国际空间站。NG-15宇宙飞船从美国弗吉尼亚州沃罗普岛的沃洛普发射中心发射,为国际空间站运送必要的材料。

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