淺談人工智能在航空航天領域的運用

王正航

五蓮一中高二14班

淺談人工智能在航空航天領域的運用

王正航

五蓮一中高二14班

在20世紀50年代出現的人工智能，是利用計算機模擬人類的學習和推理能力。在計算機性能大幅提升之后，人工智能的深度學習成為可能，讓其在各個領域的應用更為靈活且可靠，并在短短幾年內就遍布全球、應用到各個專業領域。其中就以航空航天領域的運用最受關注，本文從人工智能的發展出發，主要論述其在航空航天領域的應用及對人工智能在航空航天領域未來的發展作出展望。

人工智能；航空航天；應用與發展

一、人工智能在航空航天領域的發展史

1.1 人工智能的不斷發展

隨著科學技術的不斷發展，人們對于信息量的處理愈加困難。在這種情況下，人們開始探索如何利用新型電子計算機來替代人腦處理巨大數量的信息數據。1950年阿蘭·圖靈出版《計算機與智能》，其中就介紹了人工智能發展的雛形.后來其所寫內容被麥卡錫所靈活運用，并于1956年首次提出“人工智能”概念和展示了有史以來第一個人工智能軟件完成的工作。在幾十年的發展之后，人工智能現在已經廣泛運用于弈棋、遺傳工程、石油勘探等相關領域的專家系統。這使得人工智能在推動機械化和自動化方面作出重大貢獻，且讓操作的一系列過程變得更為可靠。這也使得人工智能越來越受到航空航天領域的關注，例如，現今的西歐尤里卡（EUREKA)計劃和美國國防部的戰略計算倡議（SCI)都是旨在應用人工智能成果于航空航天領域中去。

1.2 航空航天初次引入人工智能

在看到人工智能的在航空航天應用的潛力之后，美國和蘇聯早在20世紀60年代末和70年代初就研發了結合人工智能的航天漫游機器人，在行星表面行駛來探勘行星結構，也就是當時的月球車。美國在1967年發射了“勘察者”3號，用于在月球表面挖掘溝渠、地質采樣、傳輸照片等工作。蘇聯在1970年發射“月球-17”號飛行器上搭載著世界上第一個星際探測器，通過地面操作小組對它進行遠程遙控，作出一系列月面行走、鉆采巖石樣本和攝影等當時人類無法做到的任務。在航空航天領域早期引入人工智能就取得如此豐厚的收獲，使得科學家有熱情投入到研究如何將人工智能更好地服務于航空航天技術中去。

二、人工智能在航空航天的大規模應用

2.1 空間站自動機器人技術

從1984年起，NASA在研究如何將空間站變得能夠長期為人使用，這就需要建立起一個能夠進行自檢、自我維修、自動操縱的無人空間站。于是，人工智能被NASA首先考慮應用于空間站建設，通過人工智能的專家系統來實現先進的自動化所需要的核心技術。專家系統可以對空間站內各種艙載系統進行連續性的監測、故障診斷、與飛船的交會對接和飛行規劃等具體且繁雜的任務，降低宇航員的工作壓力，同時也使得其能夠在無人狀態下順利飛行。人工智能還能建立起人機互動的新模式，利用語音識別技術、智能對話及自然語言理解來完成人與空間站機器的智能交互，幫助宇航員更為方便地解決問題。

2.2 無人駕駛宇宙飛船

歐洲宇航局一直致力于研究人工智能宇宙飛船，它可以自行作出決定，并逐步取代宇航員來執行探索太空的任務。2011年就于法屬圭亞那庫魯航天中心發射了開普勒貨運飛船。該飛船利用人工智能開發了一套智能控制系統，能夠實現自我學習、確認和最優執行飛行任務，并能夠自行維修和適應外太空多變的環境。且該系統評估的信息量遠超人類高級工程師，其能夠做到預測可能發生的難題并迅速計算出如何處理，做到真正的無人駕駛宇宙飛船。

2.3 宇宙智能探索飛船

開發宇宙已經成為了各個大國的主要國防計劃，探索太空不僅是為了尋找和開發新型能源滿足地球短缺的資源，更是為了探索今后的人類的移民之旅和尋覓外星未知生命。在1997年發射火星探路者上就搭載了執行火星探測使命的索杰納號，其自動化智能系統可以利用自身所配阿爾法質子X射線光譜儀對火星地面進行360°全景的拍攝，而且在沒有地面指令的情況下多工作了3個多月的考察。NASA還在研發用于金星表面的漫游車，該金星車將利用設計好的邏輯系統和機械式計算機進行“楊森機械腿”運動，來采集金星表面風速、溫度、土壤狀況及地震事件。

三、展望未來

3.1 中國未來人工智能的發展

隨著2016年人工智能程序AlphaGo大勝人類選手李世石的落幕，證明了人工智能在深度學習的情況下擊敗人類的可能性。因此，中國芯片之父鄧中翰院士表示在未來中國將完成航天器于人工智能深度結合，完成飛船自主制導、控制、數據處理、故障損壞判斷、自動導航和自我維修任務，實現智能控制協同制導，從而大大降低地面控制中心負擔的操縱工作。另一個方面就是開發人工智能（AI）系統，形成具有管理航天器飛行、太空探索、運輸物資和資源等一系列航空任務的航天器中控智能軟件系統。

3.2 充滿科技感的未來航空航天

總所周知，航空器機器人是人工智能最為重要的一部分，其中的思考部分就是航空航天科學家所渴望升級研發的。正如在著名電影《星球大戰》飛船中出現的C-3PO機器人，它精通600萬種溝通方式，懂得各地風俗，并能為飛船的行駛提供建議和代替人類來操縱飛船行駛。而按照NASA噴射實驗室機器人專家表明，現在正在致力于研發此類機器人系統用于衛星服務、太空設備維修，并在未來航天飛機中用于拆卸和移動艙內物品。而且這種機器人還深度植入人工智能語音系統和自主規劃系統，能夠同宇航員進行日常交流并應對飛船出現的緊急情況。可謂不僅是人類的好幫手，更是宇航員探索太空枯燥過程中的聊天對象，從而避免宇航員出現嚴重的精神問題。

四、總結

世界各國鐘情于太空，源于其被開發的無限潛力。人工智能的出現讓航空航天領域更為人性化、便捷化、智能化。作為新時期的高中生，我要努力地學習航空航天知識和人工智能計算機技術，培養自身的興趣愛好并增強自身的課外知識積累。同時高中時期是我們每個高中生人生中最重要的過渡時期，這就要求我們在學習好各項課程的同時，心中有著明確的目標，有為之努力的方向，更應清楚的認清自己，時刻保持一顆謙虛求學，刻苦求知的心。而且要立足長遠，從現在出發，發表一些自己的看法，同時也為步入大學生活積淀一些專業知識，為祖國的航空航天事業發展貢獻自己的一份力。

[1]母曉科.淺談人工智能與專家系統.電腦知識與技術，2009

[2]馮華山，秦現生.航空航天制造領域機器人發展趨勢.航空制造技術，2013

[3]人工智能.尼爾森.機械工業出版社

王正航（1999-），五蓮一中高二14班（理科）。