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)劃和美國國防部的戰(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，在行星表面行駛來探勘行星結(jié)構(gòu)，也就是當(dāng)時(shí)的月球車。美國在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，利用語音識(shí)別技術(shù)、智能對(duì)話及自然語言理解來完成人與空間站機(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(zhí)行探索太空的任務(wù)。2011年就于法屬圭亞那庫魯航天中心發(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)大國的主要國防計(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

3.1 中國未來人工智能的發(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?。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(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?？芍^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)

世界各國鐘情于太空，源于其被開發(fā)的無限潛力。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）。