淺談人工智能在航空航天領(lǐng)域的運(yùn)用

王正航

五蓮一中高二14班

淺談人工智能在航空航天領(lǐng)域的運(yùn)用

王正航

五蓮一中高二14班

在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的人工智能，是利用計(jì)算機(jī)模擬人類的學(xué)習(xí)和推理能力。在計(jì)算機(jī)性能大幅提升之后，人工智能的深度學(xué)習(xí)成為可能，讓其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用更為靈活且可靠，并在短短幾年內(nèi)就遍布全球、應(yīng)用到各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。其中就以航空航天領(lǐng)域的運(yùn)用最受關(guān)注，本文從人工智能的發(fā)展出發(fā)，主要論述其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用及對(duì)人工智能在航空航天領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展作出展望。

人工智能；航空航天；應(yīng)用與發(fā)展

一、人工智能在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展史

1.1 人工智能的不斷發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)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(jì)算機(jī)來(lái)替代人腦處理巨大數(shù)量的信息數(shù)據(jù)。1950年阿蘭·圖靈出版《計(jì)算機(jī)與智能》，其中就介紹了人工智能發(fā)展的雛形.后來(lái)其所寫內(nèi)容被麥卡錫所靈活運(yùn)用，并于1956年首次提出“人工智能”概念和展示了有史以來(lái)第一個(gè)人工智能軟件完成的工作。在幾十年的發(fā)展之后，人工智能現(xiàn)在已經(jīng)廣泛運(yùn)用于弈棋、遺傳工程、石油勘探等相關(guān)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)。這使得人工智能在推動(dòng)機(jī)械化和自動(dòng)化方面作出重大貢獻(xiàn)，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(lái)越受到航空航天領(lǐng)域的關(guān)注，例如，現(xiàn)今的西歐尤里卡（EUREKA)計(jì)劃和美國(guó)國(guó)防部的戰(zhàn)略計(jì)算倡議（SCI)都是旨在應(yīng)用人工智能成果于航空航天領(lǐng)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(yīng)用的潛力之后，美國(guó)和蘇聯(lián)早在20世紀(jì)60年代末和70年代初就研發(fā)了結(jié)合人工智能的航天漫游機(jī)器人，在行星表面行駛來(lái)探勘行星結(jié)構(gòu)，也就是當(dāng)時(shí)的月球車。美國(guó)在1967年發(fā)射了“勘察者”3號(hào)，用于在月球表面挖掘溝渠、地質(zhì)采樣、傳輸照片等工作。蘇聯(lián)在1970年發(fā)射“月球-17”號(hào)飛行器上搭載著世界上第一個(gè)星際探測(cè)器，通過地面操作小組對(duì)它進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，作出一系列月面行走、鉆采巖石樣本和攝影等當(dāng)時(shí)人類無(wú)法做到的任務(wù)。在航空航天領(lǐng)域早期引入人工智能就取得如此豐厚的收獲，使得科學(xué)家有熱情投入到研究如何將人工智能更好地服務(wù)于航空航天技術(shù)中去。

二、人工智能在航空航天的大規(guī)模應(yīng)用

2.1 空間站自動(dòng)機(jī)器人技術(shù)

從1984年起，NASA在研究如何將空間站變得能夠長(zhǎng)期為人使用，這就需要建立起一個(gè)能夠進(jìn)行自檢、自我維修、自動(dòng)操縱的無(wú)人空間站。于是，人工智能被NASA首先考慮應(yīng)用于空間站建設(shè)，通過人工智能的專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的自動(dòng)化所需要的核心技術(shù)。專家系統(tǒng)可以對(duì)空間站內(nèi)各種艙載系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)性的監(jiān)測(cè)、故障診斷、與飛船的交會(huì)對(duì)接和飛行規(guī)劃等具體且繁雜的任務(wù)，降低宇航員的工作壓力，同時(shí)也使得其能夠在無(wú)人狀態(tài)下順利飛行。人工智能還能建立起人機(jī)互動(dòng)的新模式，利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、智能對(duì)話及自然語(yǔ)言理解來(lái)完成人與空間站機(jī)器的智能交互，幫助宇航員更為方便地解決問題。

2.2 無(wú)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(lái)執(zhí)行探索太空的任務(wù)。2011年就于法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射了開普勒貨運(yùn)飛船。該飛船利用人工智能開發(fā)了一套智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自我學(xué)習(xí)、確認(rèn)和最優(yōu)執(zhí)行飛行任務(wù)，并能夠自行維修和適應(yīng)外太空多變的環(huán)境。且該系統(tǒng)評(píng)估的信息量遠(yuǎn)超人類高級(jí)工程師，其能夠做到預(yù)測(cè)可能發(fā)生的難題并迅速計(jì)算出如何處理，做到真正的無(wú)人駕駛宇宙飛船。

2.3 宇宙智能探索飛船

開發(fā)宇宙已經(jīng)成為了各個(gè)大國(guó)的主要國(guó)防計(jì)劃，探索太空不僅是為了尋找和開發(fā)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(fā)射火星探路者上就搭載了執(zhí)行火星探測(cè)使命的索杰納號(hào)，其自動(dòng)化智能系統(tǒng)可以利用自身所配阿爾法質(zhì)子X射線光譜儀對(duì)火星地面進(jìn)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(gè)多月的考察。NASA還在研發(fā)用于金星表面的漫游車，該金星車將利用設(shè)計(jì)好的邏輯系統(tǒng)和機(jī)械式計(jì)算機(jī)進(jìn)行“楊森機(jī)械腿”運(yùn)動(dòng)，來(lái)采集金星表面風(fēng)速、溫度、土壤狀況及地震事件。

三、展望未來(lái)

3.1 中國(guó)未來(lái)人工智能的發(fā)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(xué)習(xí)的情況下?lián)魯∪祟惖目赡苄浴Ｒ虼耍袊?guó)芯片之父鄧中翰院士表示在未來(lái)中國(guó)將完成航天器于人工智能深度結(jié)合，完成飛船自主制導(dǎo)、控制、數(shù)據(jù)處理、故障損壞判斷、自動(dòng)導(dǎo)航和自我維修任務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能控制協(xié)同制導(dǎo)，從而大大降低地面控制中心負(fù)擔(dān)的操縱工作。另一個(gè)方面就是開發(fā)人工智能（AI）系統(tǒng)，形成具有管理航天器飛行、太空探索、運(yùn)輸物資和資源等一系列航空任務(wù)的航天器中控智能軟件系統(tǒng)。

3.2 充滿科技感的未來(lái)航空航天

總所周知，航空器機(jī)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(xué)家所渴望升級(jí)研發(fā)的。正如在著名電影《星球大戰(zhàn)》飛船中出現(xiàn)的C-3PO機(jī)器人，它精通600萬(wàn)種溝通方式，懂得各地風(fēng)俗，并能為飛船的行駛提供建議和代替人類來(lái)操縱飛船行駛。而按照NASA噴射實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人專家表明，現(xiàn)在正在致力于研發(fā)此類機(jī)器人系統(tǒng)用于衛(wèi)星服務(wù)、太空設(shè)備維修，并在未來(lái)航天飛機(jī)中用于拆卸和移動(dòng)艙內(nèi)物品。而且這種機(jī)器人還深度植入人工智能語(yǔ)音系統(tǒng)和自主規(guī)劃系統(tǒng)，能夠同宇航員進(jìn)行日常交流并應(yīng)對(duì)飛船出現(xiàn)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(duì)象，從而避免宇航員出現(xiàn)嚴(yán)重的精神問題。

四、總結(jié)

世界各國(guó)鐘情于太空，源于其被開發(fā)的無(wú)限潛力。人工智能的出現(xiàn)讓航空航天領(lǐng)域更為人性化、便捷化、智能化。作為新時(shí)期的高中生，我要努力地學(xué)習(xí)航空航天知識(shí)和人工智能計(jì)算機(jī)技術(shù)，培養(yǎng)自身的興趣愛好并增強(qiáng)自身的課外知識(shí)積累。同時(shí)高中時(shí)期是我們每個(gè)高中生人生中最重要的過渡時(shí)期，這就要求我們?cè)趯W(xué)習(xí)好各項(xiàng)課程的同時(shí)，心中有著明確的目標(biāo)，有為之努力的方向，更應(yīng)清楚的認(rèn)清自己，時(shí)刻保持一顆謙虛求學(xué)，刻苦求知的心。而且要立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，從現(xiàn)在出發(fā)，發(fā)表一些自己的看法，同時(shí)也為步入大學(xué)生活積淀一些專業(yè)知識(shí)，為祖國(guó)的航空航天事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力。

[1]母曉科.淺談人工智能與專家系統(tǒng).電腦知識(shí)與技術(shù)，2009

[2]馮華山，秦現(xiàn)生.航空航天制造領(lǐng)域機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì).航空制造技術(shù)，2013

[3]人工智能.尼爾森.機(jī)械工業(yè)出版社

王正航（1999-），五蓮一中高二14班（理科）。