Космические полеты, исследования и наблюдения относятся к числу наиболее сложных и опасных технологических операций, которые когда-либо осуществлялись. Это означает, что перед ними стоят задачи, с которыми лучше всего справляется искусственный интеллект (ИИ).
Поэтому астронавты, ученые и другие специалисты, чья работа связана с освоением последнего рубежа, все чаще обращаются к машинному обучению (МОО) для решения повседневных и специализированных задач.
Итак, от управления космическими ракетами до исследования поверхности далеких планет, измерения размеров Вселенной и расчета траекторий движения небесных тел - вот некоторые из наиболее интересных и захватывающих областей применения ИИ в космосе.
Космические полеты
Искусственный интеллект используется при взлете и посадке космических аппаратов для автоматизации таких функций управления, как работа двигателей и выпуск шасси. Это позволяет оптимизировать расход топлива
Компания SpaceX использует систему автопилотирования с искусственным интеллектом, позволяющую ракете Falcon 9 выполнять автономные маневры, например стыковку с Международной космической станцией, на которую НАСА заключило контракт на доставку грузов. Система рассчитывает траекторию движения ракеты в космосе с учетом расхода топлива, атмосферных возмущений и "захлебывания" жидкостей в двигателях.
CIMON 2 - робот, разработанный компанией Airbus, который может рассматриваться как мобильный виртуальный помощник для космонавтов в стиле Amazon Alexa. Созданный на базе системы искусственного интеллекта Watson компании IBM, он с помощью вентиляторов перемещается по салону космического корабля и выполняет функции информационной базы данных, компьютера и фотоаппарата. Он даже может оценивать эмоциональное состояние космонавтов, анализируя уровень их стресса по голосу.
Специалисты по планированию полетов в Лаборатории реактивного движения (JPL) Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) используют ИИ для моделирования и оценки различных параметров полета, чтобы понять возможные результаты различных вариантов и направлений действий. Эти эксперименты используются при проектировании и разработке будущих космических аппаратов. Они также используются для предварительного планирования ряда гипотетических будущих миссий, включая посадку на Венеру и облет ледяной луны Европы вокруг Юпитера.
SpaceX использует алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы исключить столкновение спутников с другими орбитальными или переходными объектами в космосе. Автономные навигационные системы могут в режиме реального времени обнаруживать близкие опасности и принимать меры по уклонению от них, корректируя скорость и траекторию движения спутника.
Космическое агентство Великобритании также разрабатывает автономные системы, позволяющие космическим аппаратам и спутникам автономно избегать космического мусора. В 2025 году планируется запустить автономный аппарат для захвата и утилизации космического мусора, который, если его не контролировать, может поставить под угрозу будущее космических полетов.
Исследование планет
Марсоходы - это роботы, которые исследуют поверхность Красной планеты и передают данные на Землю для анализа и исследований. Благодаря алгоритмам ML эти роботы могут автономно ориентироваться на местности, избегая кратеров и аварий, которые могут привести к повреждениям или параличу. В результате НАСА удалось избежать случайной гибели ровера Spirit в 2011 году.
В последние годы в Лаборатории реактивного движения НАСА используются инструменты распознавания изображений для анализа фотографий, сделанных такими роботами, как марсоходы, и классификации особенностей рельефа. В частности, на поверхности Марса обнаружен кратер диаметром всего 4 метра.
Марсоход Perseverance оснащен системой компьютерного зрения AEGIS, которая позволяет обнаруживать и классифицировать различные типы пород на поверхности планеты, что дает возможность узнать больше о ее составе.
У нас даже была возможность поучаствовать в обучении алгоритмов искусственного интеллекта, используемых марсоходом, у себя дома. В рамках программы AI4Mars пользователям было предложено загрузить инструмент для картографирования особенностей рельефа местности с целью повышения эффективности работы автономной навигационной системы Curiosity.
В то время как большинство исследований лунной поверхности до сих пор проводилось на колесах, Европейское космическое агентство экспериментирует с "хопперами" - роботами, которые передвигаются на ногах и могут прыгать. Алгоритмы искусственного интеллекта координируют движение и баланс четырех ног робота, что может быть использовано для исследования ранее нетронутых участков Луны, таких как гористое плато Аристотеля.Искусственный интеллект был использован для изучения лунной поверхности с целью определения оптимальных мест посадки для будущих пилотируемых миссий. Это позволит астронавтам узнать о лунной среде гораздо больше, чем Нил Армстронг во время предыдущих лунных миссий.
Картографирование космического пространства
Астрономы используют искусственный интеллект для картографирования Вселенной, выявления закономерностей в распределении звездных скоплений, образующих далекие туманности, и классификации других объектов, обнаруженных в глубоком космосе.
В качестве примера можно привести телескоп НАСА "Кеплер", который определяет вероятное местоположение планет, анализируя пробелы в звездном свете, указывающие на наличие планеты, вращающейся между звездой и нами.
Искусственный интеллект также используется для прогнозирования поведения звезд и галактик, а также для понимания вероятности космических событий, таких как сверхновые.
Десятки черных дыр были открыты благодаря анализу временных рядов гравитационных волн, возникающих при столкновении этих загадочных объектов с нейтронными звездами.
Для наблюдения за Землей и космосом используются технологии искусственного интеллекта. Проект, получивший название Autonomous Sciencecraft Experiment, осуществляется с 2004 года, когда он был присоединен к спутнику Earth Observation 1 и получил возможность автономно классифицировать изображения, получаемые камерой. Это позволяет ему решать, какие изображения стоит передавать на Землю.
В рамках проекта SETI@Home Калифорнийского университета в Беркли алгоритмы искусственного интеллекта использовались для поиска признаков внеземного разума в огромном объеме данных радиотелескопов, собранных из космоса. Несмотря на то, что проект прекратил присылать добровольцам новые данные для анализа, огромный массив данных, содержащий результаты проекта, до сих пор не проанализирован. Возможно, истина еще не раскрыта!
Искусственный интеллект создал самое точное на сегодняшний день изображение черной дыры. Роджер Пенроуз, Райнхард Генцель и Андреа Гез удостоены Нобелевской премии 2020 года за создание фотореалистичного изображения сверхмассивной черной дыры в центре галактики M 87.
Кроме того, научное сообщество выходит за пределы купола событий и использует искусственный интеллект для выяснения того, что происходит внутри черных дыр. В этой работе также будут использоваться квантовые компьютеры, которые могут помочь физикам решить одну из самых сложных проблем - объединить общую теорию относительности Эйнштейна со стандартной моделью физики частиц.
Ожидается даже, что искусственный интеллект поможет измерить Вселенную и лучше понять ее размеры и форму. В Японии в результате изучения астрономических данных с помощью суперкомпьютеров с искусственным интеллектом удалось создать смоделированную карту Вселенной, которая соответствует Вселенной, какой мы ее знаем. Это означает, что скорость света (наблюдаемая Вселенная) позволит нам предсказать особенности Вселенной, выходящие за рамки того, что мы можем видеть в настоящее время.
