一說起太空 AI，你腦海中浮現(xiàn)的是這樣的角色嗎？

實際上，早在現(xiàn)代計算機問世之前，科幻小說就已經(jīng)大膽提出了在太空中使用 AI 的想法。差強人意的是，目前我們的太空 AI 技術還未成熟。不過人類確實需要太空 AI 的幫助，因為太空中充滿挑戰(zhàn)，許多太空任務對精確度要求極高，僅憑人類難以實現(xiàn)。

目前在太空中使用最多的 AI 系統(tǒng)當屬一些衛(wèi)星，它們通常負責太空攝像，每秒產(chǎn)生約 16 張圖像，但這些圖像的質量較差，無法用常規(guī)代碼進行處理。

此外，一顆衛(wèi)星每天大概需要處理 150 TB 數(shù)據(jù)！如果這些數(shù)據(jù)未能在當天處理完而留到了第二天，它們將毫無作用。畢竟，有誰需要昨天的天氣情況呢？同樣重要的是，如果沒有迅速處理這些數(shù)據(jù)，那么將必須等到衛(wèi)星一直繞軌道旋轉至相同位置才能有機會再次獲取所需數(shù)據(jù)或照片。

更糟糕的是，由于延時，原本監(jiān)控的東西往往已經(jīng)移動或更改，例如有一個小行星正向地球沖來！不幸的是，由于未能及時處理該信息，一切都將為時已晚。

當然，我們也能看到，人類科學家已經(jīng)開始嘗試使用 AI 技術和 AI 機器人，來幫助人類探索太空、征服太空。

由AI驅動的太空協(xié)作機器人

Cobots

Cobots（全稱collaborative robots）是為了與人類直接接觸和互動而創(chuàng)造的機器人，例如機器狗或吸塵機器人。太空中的協(xié)作機器人數(shù)量驚人。

CIMON 1&2（Crew Interactive MObile companioN）

CIMON 由 IBM，AIRBUS 和 DLR（德國航空航天中心）制造。最初的 CIMON 于 2016 年首次提出，并于 2018 年進入國際空間站（ISS），工作時長 14 個月。CIMON 2 于 2019 年 12 月 5 日到達國際空間站，并計劃在那里停留 3 年。

實驗證明，CIMON 能夠減輕工作人員的壓力，提高了國際空間站的安全性，并幫助人類更有效地執(zhí)行任務。CIMON AI 助手呈球形，直徑 32cm，重 5kg，電池壽命為 3 小時。CIMON 還可以說話，飛行，幫助執(zhí)行一些任務，播放音樂，查看情況，收聽并向工作人員發(fā)出警報。CIMON 還將 IBM cloud 用于數(shù)據(jù)安全保護。

而且，CIMON 與 AR 兼容，完全使用 3D 打印構建，具有面部識別功能，可以識別人類及其面部表情。

Int-Ball

Int-Ball（也被稱為 JEM 內置球型攝像機）。自 2017 年 6 月 4 日進入太空以來一直在國際空間站上，由日本航空航天局（JAXA）制造，直徑為 15 厘米，重 1 千克，電池可續(xù)航約 2 個小時，外殼由 3D 打印材料制成。

Int-Ball 可以使用 12 個小型風扇和 3D 標記完成自主飛行，也可以由 JAXA 地勤人員操控以進行飛行和監(jiān)控任務。它可以自動以 1280 x 720 高清像素和 1920 x 1080 全高清像素（FHD）拍攝照片，幫助國際空間站工作人員為科學或公共目完成拍照和錄制視頻，幫助他們節(jié)省 10%的工作時間。

Kirobo

Kirobo 的使用，是為了查看人類和 cobots 如何在太空中進行交互。它于 2013 年 8 月 10 日到達國際空間站，是第一個進入太空的 AI 伴侶機器人，工作時長 18 個月。它高約 34 厘米，寬 18 厘米，重約 1 公斤，還會說日語。

Kirobo 由日本電通（Dentsu），東京大學先進科學與技術研究中心，Robo Garage，豐田汽車（ Toyota）和日本宇航局（JAXA）聯(lián)合制造。Kirobo 具有聲音識別、話語識別，自然語言處理，語音合成，電信，面部識別和視頻錄制等功能。

Robonaut（R1&R2）

Robonaut 是類人機器人，這意味著它能夠表現(xiàn)得像人一樣。Robonaut 由通用汽車 GM 和美國國家航空航天局（NASA）制造，可以實現(xiàn)遠程控制或自主 “思考”。

Robonaut 1 并未被送入太空，Robonaut 2 則更快，更小，更靈巧，并且感應范圍更廣，它們都有多個機械下肢。Robonaut 2 于 2011 年 2 月 24 日進入國際空間站，Robonaut 則于 2018 年 5 月回到地球。

Astrobee

Astrobee 是三個不同的協(xié)作機器人的總稱：Honey，Queen Bee 和 Bumble。Astrobee 呈立方體形狀，寬 31．75 厘米，可以使用小型風扇自主飛行。它們的任務是幫助宇航員在國際空間站上執(zhí)行維護任務。

替人類出征太空

廣為人知的火星探測車 “好奇號 Curiosity”，能夠使用 AI 高效地收集數(shù)據(jù)。

“好奇號” 自 2012 年登上火星，已經(jīng)在那里度過 3005 天?！昂闷嫣枴?使用 AEGIS 軟件，該軟件使其能夠自主選擇合適的巖石和土壤目標進行分析。在流動站的激光檢測系統(tǒng)中安裝 AEGIS 軟件后，其選擇合適目標的性能超過 93%，而使用之前的隨機選擇方法的性能則只有 24%。

“好奇號” 還將使用 AI 以避開火星上的沙坑、銳利的巖石和其他障礙物，以免撞上銳利的巖石而終止壽命。此外，一個名為 AI4Mars 的在線工具可以幫助人們標記出好奇號火星探測器周圍的地形。

AI 在太空探索中的另一種用途是 NASA 與 Google 合作開展的開普勒任務（Kepler mission），該任務使用系外行星的太陽系統(tǒng)的亮度數(shù)據(jù)來找到該行星。

此外，AI 還被用于小行星探測。

通常，天文學家必須使用數(shù)學手段并借助望遠鏡來手動對小行星進行分類，以弄清它們的形狀、大小、自旋速率和軌跡。該過程可能需要數(shù)月才能完成。而現(xiàn)在，借助新的神經(jīng)網(wǎng)絡算法，天文學家可以在 4 天內繪制出以上數(shù)據(jù)。

荷蘭的一個研究小組開發(fā)了一種稱為 “Hazardous Object Identifier” 的神經(jīng)網(wǎng)絡算法，該算法可以識別出可能與地球碰撞的小行星，且目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 11 顆直徑大于 100 米的小行星。該算法還研究了將在地球 470 萬英里范圍內行駛的小行星，這些小行星撞擊地球的可能性很小。該算法的準確度為 90．99%，這意味著約 1/10 的小行星將不能被檢測出。

此外，Catalina Sky Survey 團隊根據(jù) 100 TB 數(shù)據(jù)開發(fā)了一種 AI 算法，名為 NEO AID（Near-Earth Object Artificial Intelligence Detection 近地物體人工智能檢測）。Catalina Sky Survey 團隊正在測試該算法，看它是否能夠發(fā)現(xiàn)小行星并確定其優(yōu)先級。比起 “Hazardous Object Identifier” 算法，NEO AID 的性能提高了 10%。

這一性能提升是由于 NEO AID 具備優(yōu)先級劃分功能，它將重要的小行星（如朝向地球的小行星）放在堆棧頂部進行分析，而將不重要的小行星（如將要與地球擦肩而過的小行星）放在堆棧底部進行分析。研究人員希望利用它找到重定向小行星的方法，并預言這將很快成為現(xiàn)實。

AI為主，人類為輔的太空技術

衛(wèi)星-數(shù)據(jù)緊縮 Satellites-The Data Crunch

如前所說，衛(wèi)星為我們提供了有價值的信息，但是衛(wèi)星在此過程中要做的一件事是創(chuàng)建大量的數(shù)據(jù)和圖像，衛(wèi)星每天產(chǎn)生約 150 TB 的數(shù)據(jù)，而 AI 真正擅長的一件事就是非?？焖俚靥幚泶罅繑?shù)據(jù)。因此，使用 AI 分析衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)也就不足為奇了。

管理衛(wèi)星許多人認為衛(wèi)星易于使用，人們只需將其發(fā)射進入軌道，它們就能開始執(zhí)行任務。但其實，這一想法有些天真。

AI 和 ML 在人造衛(wèi)星上的主要用途之一是使之自動化，因為在過去，人造衛(wèi)星執(zhí)行任務時需要大量的人工操作。而現(xiàn)在，借助新的 AI 和 ML，算法衛(wèi)星可以自動進行航向校正，以避開太空垃圾和其他衛(wèi)星，還可以自動進行監(jiān)視和維護任務，自動與地勤人員通信，并自動對外部刺激和傳感器數(shù)據(jù)做出響應。

Airbus 公司還一直在使用 Google 的開源 AI 語言 Tensor Flow 來監(jiān)控其衛(wèi)星在軌道上的運行狀況，從而使它們的衛(wèi)星表現(xiàn)更出色。IBM 也有一個名為 KubeSat 的項目，允許衛(wèi)星間相互通信，創(chuàng)造了在太空中使用 AI 衛(wèi)星的熱潮。

手機網(wǎng)絡此外，將 AI 與衛(wèi)星結合使用，可以輕松地為身處信號不足地區(qū)的人們提供互聯(lián)網(wǎng)服務。這些地區(qū)根本沒有能力去自主發(fā)射繞地飛行的人造衛(wèi)星，也無法使用電纜，光纖或移動網(wǎng)絡。在休斯 Hughes，人們使用 AI 來克服不良網(wǎng)絡狀況，例如沒有電話服務或電話服務緩慢，該算法可防止約 70%的不良網(wǎng)絡狀況。

衛(wèi)星圖像增強

衛(wèi)星圖像具有極高的分辨率，但是如果我們需要更清晰的圖像該怎么辦？SuperRes 是一種 AI 算法，可以自動提高衛(wèi)星圖像的質量。它可以為衛(wèi)星提供更低成本、更輕便的圖像傳感器。

Airbus 公司還使用了基于 Tensor Flow 和廣達幾十億平方公里圖像的 AI 算法，來進行自動云檢測（如 literal clouds），傳統(tǒng)上在圖像傳遞之前所需要的手動檢查步驟也因此得以省略?，F(xiàn)在該算法還可以檢測汽車，輪船或飛機等物體。

監(jiān)測森林健康

在當前全球環(huán)境惡化的情況下，森林健康狀況至關重要。在 20tree．a(chǎn)i 的幫助下，使用衛(wèi)星圖像和 AI，就可以監(jiān)視森林以發(fā)現(xiàn)森林危害、蟲斑、干旱等不利情況。我們將能夠非常輕松，經(jīng)濟高效且準確地發(fā)現(xiàn)并治療全世界的森林問題。

（來源：20tree．a(chǎn)i）

檢測異常

LatConnect 60 已開發(fā)出一種 AI 算法，可以實時檢測異常（例如海洋中的重要溫度變化）并使用時間戳、坐標或其他類型的數(shù)據(jù)進行記錄。

制造業(yè)

人工智能不僅在太空中有所助益，而且在制造業(yè)中也大有用處。洛克希德·馬?。↙ockheed Martin）等許多人正在使用 AI 來分析制造工藝并對其進行改進，例如分析太空中的衛(wèi)星，火箭等以改進未來的模型，也包括分析其所執(zhí)行的工作以確保工作順利完成，還能夠對產(chǎn)品進行測試、加快制造過程。

火箭制造公司 Relativity Space 就是一個例子，該公司使用 AI 來以各種可能的方式優(yōu)化其火箭制造業(yè)，并為可靠的飛行零件鑄造定制解決方案，同時減少所需零件數(shù)量。

預測颶風

IBM Watson 工作室基于美國宇航局噴氣推進實驗室（（Jet Propulsion Laboratory 簡稱 JPL）的科學家發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星圖像、AI 和相關信息建立了一種算法，該算法可以預測颶風的路徑，以及颶風加強的可能性。算法通過查看颶風中心的降雨量、云層中的冰量以及從颶風眼中流走的空氣溫度來實現(xiàn)預測目標。對于風速在 24 小時內將最少增加至 56 公里 / 小時的颶風，該算法的預測性能優(yōu)于人工預測約 60%，對于風速在 24 小時內將增加至 60 公里 / 小時的颶風，該算法的預測性能優(yōu)于人工預測約 200%。

太空殘骸問題

每當有衛(wèi)星、火箭等在太空中丟失或炸毀時，其制造出的殘骸移動速度將達到 1000米/秒，這會阻礙后續(xù)火箭衛(wèi)星等順利進入預定軌道。因此，IBM 開發(fā)了一個名為 SSA（Space Situational Awareness太空態(tài)勢感知）的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以預測和跟蹤這些殘骸垃圾，以確保其他物體不會被如高爾夫球大小的碎片擊中并被摧毀。

居住地建設

NASA 計劃在 2033 年將人類送往火星，而埃隆·馬斯克（Elon Musk）希望在 2022 年就完成該目標，但前提是，在宇航員到達火星之前，就要在火星上建立起人類可居住的地方。另外，火星上的棲息地必須密閉，能夠經(jīng)受住持續(xù)數(shù)月之久的沙塵暴侵襲，并能承受-129C（200F）至-46C（-50F）的溫度以及任何宇宙碎片。

但其實，我們可以在宇航員到達火星之前使用 AI 為宇航員 3D 打印一個居住地。AI Space Factory 是一家致力于火星居住地建設的公司。他們使用 3D 打印技術建造出一個居住地，由可在火星上找到的玄武巖和一種由玉米制成的塑料聚合物制成，NASA 希望能在火星上種出玉米以減少材料的運輸成本。而且，該居住地是由一種生成設計 AI 設計為蛋形結構，這讓他們能夠使用最少的材料，創(chuàng)建出非常堅固的最佳結構，而且這種結構具有最佳的隔熱效果。

太空 AI 未來的潛在用途

基于太空的戰(zhàn)爭情報

衛(wèi)星可以用來向前線人員或操控信息戰(zhàn)爭的人提供情報。通常，數(shù)據(jù)處理和開發(fā)是在地面上進行的，而衛(wèi)星則下載數(shù)據(jù)，但是 Raytheon Intelligence & Space 正在研究一種將數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)開發(fā)者和數(shù)據(jù)發(fā)送等功能全部集成至衛(wèi)星的系統(tǒng)。

網(wǎng)絡安全

SmartSat 正在使用衛(wèi)星 AI 通過啟發(fā)模式來檢測異常并改善網(wǎng)絡安全。隨著新威脅的出現(xiàn)，它可以通過自動更新來提高機載網(wǎng)絡安全性。

減少耗電量

AI 甚至可以為國際空間站或衛(wèi)星節(jié)省電力。這對太空技術的作用非常大，因為對于衛(wèi)星或者火箭發(fā)射來說，任何重量的減輕都將大大提高發(fā)射成功概率。而且，更有效的能源使用將使人們能夠獲取更多的太空能源。此外，AI 還有可能應用于自動化采礦、AI 宇航員、使任何月球或火星基地任務實現(xiàn)自動化、太空旅游等等領域。

當然，我們還需注意，太空是一個極其危險的環(huán)境，而太空探索意味著生成、獲取和處理大量數(shù)據(jù)，AI 就恰好擅長與大量數(shù)據(jù)打交道。

同時，太空 AI 的使用可以徹底改變太空技術（現(xiàn)在它已經(jīng)在這樣做了），相信很快，我們就會看到 AI 完全替代人類宇航員——因為 AI 技術可以最大程度地減少生命損失，更廉價、更有效、更輕便，并且其潛在錯誤更少。

責任編輯：PSY