标签归档:NASA

NASA 喷气推进实验室 Chien : 人工智能在太空探索中的终极考验是什么?

想象一下,一个星际探测器可以自己选择轨道,自己拍摄照片,然后在没有人类帮助的情况下,将探测器发送到遥远的星球表面。这是NASA希望使用人工智能的一个例子,该机构已经在地球和火星的任务中使用了AI技术。

据雷锋网了解,去年12月,NASA正式宣布在一个恒星周围发现由8颗行星组成的行星系统——开普勒90系统,科学家有史以来第一次发现了一个和太阳系类似的8颗行星的星系。这次发现离不开AI的助攻,NASA利用谷歌的机器学习分析开普勒太空望远镜的数据,实现了更高的分析效率。

其实NASA早就利用AI做到了很多事。

对于天文、宇宙这方面的工作来说,到底适不适合应用人工智能技术呢?

答案是当然的。第一,由于载人成本过高、危险系数大,宇宙探索、星球探索这类工作都在无人化倾斜;第二,NASA所做的工作中有很大一部都是对传感器回传图片资料进行分析,分析图像当然是人工智能最擅长的工作;第三,另外就是航空、天文领域是一个数字化、信息化程度相当高的领域,适合挖掘历史数据,训练各种帮助科学家工作的算法模型。

和以往相比,利用机器人探索太阳系寻找生命迹象的最大困难就在于,它们无法像人类一样有效地进行直观甚至创造性的决策。

人工智能方面的最新进展有望缩短这个差距——目前还没有计划派遣人类去探索火星的地下洞穴,或者在木卫二Europa的冰冷水域里寻找热液喷口。有生之年,这些角色很可能会被更智能的探测器和潜艇所替代,即使与地球失联数周甚至数月,它们也能承受恶劣的环境并进行重要的科学实验。

20世纪90年代中期,当Steve Chien接手美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的人工智能团队时,彼时的人工智能更像是存在于科幻小说中,没有人能够想到它会在NASA 2020年的火星任务中发挥重要的作用。 Chien一直有一个愿望,那就是让人工智能技术成为美国宇航局里不可或缺的一部分。但是,那时候的人工智能并没有获得足够的重视,用不那么复杂的算法运行在老旧的计算机上,技术根本无法胜任太空任务。

不过,Chien很耐心。他的团队正在利用技术将太空任务自动化,并改进长期依赖于研究人员艰苦观察的工作。例如,利用决策树的决策模型,JPL创建了天空图像分类和分析工具(SKICAT),并利用它帮助NASA在20世纪80年代初进行的第二次帕洛马山脉调查中发现的物体进行自动分类。只要SKICAT获得足够多的图像来进行训练,就能够对调查中成千上万个模糊、低分辨率的物体进行分类。

雷锋网了解到,经过多年的渐进式改进,当NASA要求他们设计用于EO-1卫星自动化的软件时,Chien和他的团队获得了突破性的进展。NASA于2003年将JPL的自主科学技术实验(ASE)软件应用到该卫星上,并在十多年的时间里帮助研究了洪水、火山爆发和其他自然现象。在3月份EO-1停用之前,ASE软件有时还会收到来自其他卫星或地面传感器发出的警报,并在地面上的人类意识到事件发生之前自动提示EO-1捕获图像。

JPL在ASE和其他项目上的工作给了NASA信心,认为人工智能可以在“火星2020”的任务中发挥重要作用。Chien和他的团队正在开发一种新型的探测车,它比任何其他车辆都要先进得多,可以在星球崎岖不平的表面上行驶。在火星上寻找生命迹象的时候,“火星2020”探测器在选择研究和实验目标时拥有相当大的自由度。

最近,美国宇航局喷气推进实验室的技术小组主管、实验室任务规划和执行部门的高级研究科学家Chien在接受《科学美国人》采访时谈到了太空旅行对人工智能系统的需求。随着人类探索的目光越来越远,对智能的需求越来越大,“终极”的人工智能太空任务将会是什么样子?

以下是雷锋网编辑整理内容

问:控制EO-1卫星的ASE软件是不是NASA在AI应用方面的里程碑?

这绝对是人工智能的一个里程碑,不仅仅是对于JPL和NASA,还包括整个AI生态圈。那是因为ASE的巨大成功加上它的长寿。这个软件是相当不可思议的——它控制了航天器超过12年。在这段时间里,它发出了大约300万条指令,进行了六万多次观测,实际上达到了高于人类操作飞船的可靠性。这样的一种成功实际上可以使太空资源变得民主化。我们就有一个网页,世界各地的机构可以在上面提交请求,直接向航天器发送。

问:NASA愿意向人工智能交付多少任务?

人工智能在NASA面临的挑战之一是,由于我们正在处理太空任务,因此需要花费大量的时间和很长的时间来考虑。我们必须确保人工智能始终保持良好的运行状态,即收集科学知识,保护太空船。但是这并不意味着你可以准确预测它将要做什么。有人想摆脱这种微观管理水平,希望人工智能成为科学家的助手而不是机器,因为机器必须是微观管理的。有些人担心取代优秀的科学家,但这远远不够,我们不必为此担心。

问:你如何准备用AI来了解未知的世界?

无监督学习对分析未知情况非常重要。人类能够做的很大一部分是解释不熟悉的数据。在NASA会有许多这样的问题。你会看到一些数据,而这些数据的某些部分却不合适。以Lewis和Clark探索西北地区为例,他们没有每10英尺画一张地图(这是目前大多数探测器所做的工作),但是Lewis和Clark的探险队描述了山脉、河流和其他特征——将它们置于环境中。我们想要人工智能系统做同样的事情。

为了开发这样一个系统,我们让一个学生在一次越野飞行中用数码相机拍摄图像。然后,我们将不同的无监督学习方法应用于我们捕获的数据。我们希望人工智能自己知道有山、森林、河流,学习有云、白天、夜晚等等。

问:人工智能在即将到来的“火星2020”漫游者任务中扮演什么角色?

这项任务应用到了三个方面的人工智能技术。首先是“漫游者”的自动驾驶技术,这项技术可以追溯到“探路者”,也是MER(火星探测漫游者)计划的一部分。自主驾驶就像是一个拨号盘,你可以严格控制它,告诉“漫游者”去哪里,或者你可以让它们驾驶,在速度和安全性方面都有不同的权衡。

人工智能的第二个领域包括将帮助漫游者进行科学研究的系统。定位能力将会好得多,而且会有更多的仪器 – 不仅仅是漫游者的SuperCam – 它将提供成像,化学成分分析和矿物学。SuperCam是早期火星探测器上特有的ChemCam的一种演变,可以通过激光进行扫描并研究产生的气体来了解岩石的化学成分。先前的火星探测器、火星科学实验室和现在的M2020,已经越来越有能力选择目标,并根据科学标准(如目标形状、质地或纹理)进行后续图像研究,这种能力被称为自主探索收集增加科学(AEGIS)系统,使得“漫游者”可以在更短的时间内进行更多的科学研究。

第三,“火星2020”漫游者也将拥有更复杂的调度系统,使他们更具活力。如果工作提前或落后,探测车将自动调整行程,从而提高生产率。

问:AI如何帮助“漫游者”探索火星的洞穴?

当我们探索火星的表面时,科学家们想调查火星上的熔岩洞穴。因为深入到山洞内部就类似于一场“接力赛”,这样的任务也许只能持续几天,因为“漫游者”完全依靠电池供电,洞穴勘探将需要大量的人工智能。人工智能必须在有限的时间内尽可能有效地协调、绘制和探索尽可能多的洞穴。我们一直在研究的方法之一就是动态区域分配,它可能是以这种方式开始的:有四个探测器,想要在火星上的一个洞穴里走100英尺。第一个漫游车的地图为0至25英尺,第二个为25至50英尺,依此类推。它们将逐步地绘制洞穴地图。这是经典的分治法。

它们也利用彼此将数据从洞穴中传递出去。将“漫游者”送入洞穴意味着它们无法继续与外界交流。所以它们开始做我们所谓的“sneaker netting” ——第一个“漫游者”进入洞穴,直到它离开通信范围、完成观察,然后返回射程内发送数据。第二辆车进入山洞深处,但只需要返回到第一辆火星车的范围之内,为了覆盖100英尺,每一个探测器都在洞穴中逐渐深入。探测器不会从洞穴中出来,但它们收集的数据是可以出来的。这将是一个为期3天或4天的任务,因为电池只能撑这么长时间。

问:在太空探索中人工智能的终极考验是什么?

人工智能在太空中的最终考验是“时间”。例如,Europa潜水器不得不独自存活数年,可能每30天才能与地球接触一次。当你想要等到冰盖融化的税后再将潜水器降落在地球的表面,这需要一年的时间。此外,探测器想要在赤道到两极间寻找热液喷口,就像山洞里的“漫游者”一样,为了和外界沟通,它必须走出去再回来。在这种情况下,“漫游者”可能会在六个月或一年的时间内独自生存。为了模拟这一点,我们设计了一个由AI控制的潜水器来研究冰层下的热液喷口。科学家们想要在南极冰架下研究气候变化的影响——这些任务需要类似的技术。

即便如此,与星际任务相比,这也算不了什么,因为宇宙飞船将完全自主地运行,往返于Proxima Centauri(最近的星系)的通讯之旅可能长达9年。如果你去Trappist-1(一颗表面温度极低的红矮星),这个星系里是至今最有可能在太阳系以外存在生命的星球,距离我们大约有40光年。由于通信的延迟,飞船更多地要靠自己,所以执行这样的任务时,你就需要一个足够强大的AI。

雷锋网

NASA 首次让私有公司 SpaceX 执行发射任务,用的还是“二手”火箭

雷锋网 12 月 16 日消息,本周五,Elon Musk 所拥有的火箭制造公司 SpaceX 创造了美国国家航空航天局(NASA)的历史,它成为了首家利用执行过发射任务的火箭给国际空间站执行补给任务(CRS-13)的公司。

在当天佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的东部时间上午 10 点 36 分,SpaceX 公司发射了两级猎鹰 9号火箭,并将 Dragon 太空舱携带的 2.5 吨补给物资和科研设备,运送到国际空间站(ISS)。

值得一提的是,猎鹰 9 号火箭及其太空舱之前都有执行太空飞行任务的经历:前者于 2017 年 6 月向国际空间站发射过另一个太空舱,这次也是 SpaceX 第四次利用回收火箭执行发射任务;而 Dragon 太空舱于 2015 年 4 月就到过轨道实验室。

利用一枚回收执行火箭 CRS-13 发射任务是 NASA ISS 在对涉及的风险进行广泛审查之后才批准使用的。项目经理 Kirk Shireman 表示该机构“非常自信地认为,利用回收火箭发射,其风险不会比利用全新火箭更大。”

快速可重复使用的航天系统计划也是 SpaceX 不断探索发展的一部分,也是其首席执行官 Elon Musk 极其看中的优先事项。

“这是快速而可靠可重复使用时代的开始,”太空探索技术公司项目经理 Jessica Jensen 在发射前的发布上说,“从长远来看,可重复使用将大大降低进入太空的成本,这是未来人类探索宇宙的需求。我们希望能把成千上万的人送入太空,而不是仅仅几十个人”。

网络视频直播显示,在当天起飞后不到 10 分钟,猎鹰 9 第一级就成功回到了卡纳维拉尔角的 SpaceX 着陆区 1 号

火箭的第二级将不断推动 Dragon 太空舱腾飞,如果一切按计划进行,太空舱将于周日(12月17日)送到国际空间站。而在与轨道上的国际空间站连接之前,它将在太空飞行两天时间,并在大约一个月后返回地球。

SpaceX 作为一家全球领先的火箭发射公司,同样也成为了历史上第一个执行过由政府支持的商业发射任务的私有公司。

不过,尽管 SpaceX 是首家实现这一里程碑的私人公司,但美国政府之前曾利用航天飞机运送宇航员和物资。美国航天飞机由一个轨道飞行器、两个可回收的固体火箭助推器和一个标志性的橙色外部燃料箱组成。它一共共执行了 135 次发射任务,运行了将近 40 年,直到 2011 年退役。

欢迎关注雷锋网微信公众号:雷锋网(leiphone-sz)

雷锋网

HPE 和 NASA 把超算电脑送到国际空间站,为载人火星探测做准备

雷锋网消息:下周一,SpaceX 将发射火箭为国际空间站运送补给,一台 HPE (惠普企业)的超算电脑会一起被送上去。

这是一台普通的超算电脑,基于 Linux,有钱就能买到的那种。但正因为其“普通”,这件事的性质变得非常特殊:

正常情况下,国际空间站上使用的 HPC (高性能计算机)需要在不同方面进行强化,花费相当大的时间精力对它们进行硬件改装。也正由于对各项物理特性的需求,不得不在性能上做妥协,导致宇航员在国际空间站上使用的计算设备,比地球上的要落后好几代。如果这还不够糟,它带来了更棘手的问题:

许多对计算性能需求较高的任务,不得不从空间站将数据发射回地面进行处理,再将结果返回到空间站。

这就会造成延迟。

目前,延迟问题还不严重,因为国际空间站离地面足够近。但离地球距离越远,通讯延迟越严重。这是对太空宇航任务一项很大的限制,尤其对于火星探测。

HPE 和 NASA 的研究项目

因此,HPE 和 NASA 联合开展了这项研究:把一台未经任何改装的超算电脑送到空间站,进行为期一年的测试,看看到底哪些超算电脑的硬件在外太空环境下工作会出问题、出什么问题,哪些并不会。

这项研究的主角名为 “Spaceborne Computer”,即“诞生于太空的电脑”。

以现在的科技水平而言,来回一趟火星起码需要一年。因而,让超算电脑在外太空环境下持续运行一年,是实现火星探测的第一步。若能让最先进的 HPC 在外太空环境可靠运行,将来执行火星任务的科研工作者就能在本地处理任务,不需要把数据传到地球进行计算再传回火星。

后者的代价极高。

无论对于国际空间站、还是未来火星着陆飞船上的科研人员,时间都是一项极度宝贵的资源。

雷锋网

NASA 终于研发出能在金星表面上运行的电脑

要在金星表面上放一台电脑?做到耐酸雨腐蚀很容易,但是能承受500°C的超高温和约为地球大气压90倍的超高压却是一件难事。

上图为人类掌握的少有的金星图像之一,由一个金星探测器拍摄下来。这张图片是从原来的低分辨率摄像机镜头画面经过大量后期处理得来的。

金星是太阳系中最不适宜居住的地方之一。 当着陆器下降时,穿过沸腾着的硫酸雨形成的云雾实际上是件容易的事。真正的难点是着陆器登陆后,不会被金星表面470°C的高温烤坏或是被约为地球大气压90倍的超高压压碎,要知道这里的大气压强等同于你在水下900米游泳时受到的压强。

对于人造探测器,在金星上的最长生存时间是127分钟,这项纪录是1981年前苏联航天器Venera 13号创造的。 坚持了两个小时没有损毁,并回传给我们第一张关于这个星球表面状况的彩色照片,被认为是一个巨大的成功。当时这个探测器的预计使用寿命是在被金星表面的恶劣环境烤坏、压碎或是酸雨腐蚀分解前,能够存活32分钟。 随后又升空了三个金星探测器,均由前苏联发射,分别是Venera 14号,Vega 1号,Vega 2号。但自1985年以后,我们就没有试图让任何航天器在金星表面上着陆。

探索金星的核心问题之一是,普通的数字计算机无法在那里长时间的正常工作。 标准的硅基芯片可以承受大约250°C高温,但最终系统中积聚了过多的能量,硅材料性质发生变化,不再是半导体材料,其中的电子可以自由越过带隙,这时一切都停止工作了。Venera着陆器采用繁琐笨重的密封仓室来保持芯片的电子处于冷却状态,在脱离母轨道进入大气层之前,有时内部先被预冷却到大约-10°C左右。

在过去几年中,基于半导体碳化硅(SiC)材料的电子学已经开始成熟。 SiC从军事和重工业中吸引了很多人的兴趣,因为它可以支持非常高的电压和温度,这些性能也使其成为研制金星计算机非常合适的参考材料。

在NASA Glenn炽热(400C +)的碳化硅环形振荡器

现在,NASA的Glenn研究中心的研究人员已经破解了限制高温集成电路的另一个大问题:他们已经制造出了将晶体管和其他集成组件连接在一起的微小导线,这种导线也可以在金星的极端条件下正常工作。

NASA Glenn研究人员将新型导线与一些SiC晶体管相结合,制作了一个陶瓷封装芯片。 然后将该芯片放入GEER-the Glenn Extreme Environments Rig中,该机器可以一次性保持类似金星的温度和压力运作数百小时。 该芯片是一个简单的3级振荡器,在GEER不得不关闭之前,该芯片在稳定的1.26MHz工况下运行521小时(21.7天)。

NASA Glenn发言人说,这是第一个已知的计算机芯片在没有压力容器,冷却系统或其他保护措施的帮助下,在类金星状况下运行多天/周的示范。 “随着进一步的技术成熟,这样的SiC集成电路可以大大提高金星着陆器设计和计算性能,从根本上实现长期在金星的表面从事高性能计算任务。”研究人员总结。

向金星发送着陆器不只需要耐高温的电子元器件。 在研究这个故事的时候,我偶然发现了一个很棒的网站,记录了从1961年到1985年前苏联对金星的探索。事实证明,制造能在470℃和9MPa条件下继续工作的工具是相当困难的。 请查看Venera 13号和14号着陆器上钻孔设备的描述:

“能够在固体火成岩中钻3厘米,如果需要,钻头需要发明新合金和新型电动机。 机器部件设计为仅在热膨胀到500℃之后才适合和正常工作。 伸缩钻头下降到钻孔表面用时两分钟。 烟火装料系统无需一系列的密封,允许金星的高压气体涌入装配管道中。 土壤分阶段进入土壤转移管和样品容器中。 样品容器被烟火装料系统通过气锁控制,最终进入x射线荧光室。 然后大型真空储存器将室压力降低至约0.06个大气压。”

金星着陆器的机械设计方面今天仍然很困难,但是由于材料科学,石油钻探和其他高温工业的进步,这应该在我们的能力范围内。不过好消息是大概在2023年,NASA Glenn将设计完成一辆更加复杂、困难的拥有更多运动组件的金星登陆车。

Via arstechnica

雷锋网

SpaceX 又和 NASA 合作了!2021 年首探全球地表水资源

据国外网站 The Verge 报道,Elon Musk 的 SpaceX 最近又赢得了 NASA 的一份新合同。

在未来五年内,SpaceX 将为 NASA 发射观测地球海洋水域的卫星,该卫星主要被用来探测地表水和海洋地形随时间的变化情况,这也是首次对地表水进行的全球性调查。据了解,此次任务将由 SpaceX 的“猎鹰 9 号(Falcon 9)”火箭完成,预计发射时间大约在 2021 年 4 月,发射地点将在加利福尼亚的空军基地 ( Vandenberg Air Force Base )。

“ SpaceX :我们很开心成为国家航空航天局的合作伙伴。”

这项合作意味着 SpaceX 将为 NASA 执行又一重要的科学任务。事实上,早在今年一月,SpaceX 就曾为NASA 发射了“ JASON-3 ”海洋观测卫星,然而 SpaceX 在发射过程中未能成功回收火箭,在将“JASON-3 ”送入预定轨道之后,火箭返回海上平台时着陆失败。

SpaceX 总裁 Gwynne Shotwell 发布声明称,“我们很高兴能够为 NASA、整个美国以及国际社会进行此次科学实验,感谢 NASA 的支持和信任。”

NASA 表示,发射这颗科学卫星的总成本大约为 1.12 亿美元,这一数字的确有点高。要知道猎鹰 9 号的发射起步价也才 6200 万美元。不过,NASA 方面透露这 1.12 亿美元并不仅仅包含发射猎鹰 9 号火箭的成本,而是发射海洋观测卫星的总成本,其中一部分会直接交给 SpaceX,剩余资金将付给提供卫星发射额外支持的相关机构。除此之外,SpaceX 还将在明年为 NASA 发射一颗凌日行星勘测卫星 TESS ,旨在发现太阳系之外的小行星。

自今年九月份“猎鹰 9 号”火箭在佛罗里达的发射基地发射失败之后,SpaceX 的火箭发射任务就暂时停止了。在经过了几个月的调查之后,Elon Musk 终于表示 SpaceX 找到了发射失败的原因——液氦控制不到位以致氧气在关键部位变成了固体,最终导致爆炸。马斯克透露将会在今年年底进行一次火箭发射返程任务,不过具体日期还未公布。

Via The Verge

【招聘】雷锋网坚持在人工智能、无人驾驶、VR/AR、Fintech、未来医疗等领域第一时间提供海外科技动态与资讯。我们需要若干关注国际新闻、具有一定的科技新闻选题能力,翻译及写作能力优良的外翻编辑加入。工作地点深圳。简历投递至 guoyixin@leiphone.com 。兼职及实习均可。

推荐阅读:

NASA关于EmDrive最新论文发布!人类或将进入全新能源时代

一会登月,一会捉小行星,说好了要移民火星的NASA到底在干什么?

谈情怀太伤钱:NASA要卖掉国际空间站!马斯克有望接手

雷锋网