人工智能在航天过程中应用
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人工智能在航天过程中应用
班级：20951P28
姓名:万金文
摘要：本文对人工智能技术在航空航天领域中的一些应用进行了简要介绍，并对人工智能技术在未来航空航天中的应用进行了展望。
关键词：航空航天；人工智能；自动化；飞行器；空间站；未来发展
一、引言
人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。
它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等，总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。
但不同的时代、不同的人对这种“复杂工作”的理解是不同的。
它可以使一系列的复杂操作、管理和应用实现高可靠性，产生惊人的经济效益。
人工智能在航天领域中得到了广泛的应用在美国，一些著名的公司及大学，如麦道公司、波音公司、麻省理工学院、卡内基·梅隆大学及美国陆、海、空三军等均已开始研究人工智能在航天领域的应用。
在欧洲，欧洲经济共同体的欧洲信息技术研究与发展战略计划与法国发起的尤里卡计划合作开发人工智能技术。
英国皇家飞行研究院研究将人工智能用于航天器和其它航天活动，用于故障分析及卫星、空间平台和空间站的辅助工作系统。
航空航天工业是最前沿技术领域，因此最有可能采用先进技术，对人工智能系统需求量最大。
二、人工智能在无人飞行器上的应用
1.自动化和智能机器人。
为使卫星顺利完成飞行任务，大幅度降低造价，人们在卫星上大量地采用了自动化和机器人技术。
早在1967年美国发射的勘测者3号飞行器上就装有机械臂，它在月球上完成了掘沟、地质调查和采集标本等工作，1 9 7 0 年苏联发射了“月球”16号和17号两个飞行器，飞行器上装有月球车，月球车在地面遥控下完成月面行走和摄影任务，车上的掘岩机还完成了标本采集工作。
1978年美国海资号火星着陆飞船（一种先进的空间机器人），通过搭载计算机不仅成功地控制飞船安垒着陆，而且还在没有地面指令的情况下实现了长达58个火星日（每个火星日相当于24小时37分26.4秒)的探测；19 7 7-1986年，美国在旅行者探测器上采用了人工智能技术，完成了精密导航、科学观测任务，其上计算机收集和处理了木星和土星等各种不同数据。
2.专家系统。
美国NASA喷气推进研究所为“旅行者”探测器设计了具备由140
个规则组成的知识库、可生成对行星摄影所需应用程序的专家系统，大幅度地缩短了执行应用计划所需时间( 比手动操作速度大10-50倍)，减少了差错，降低了成本。
美国还研制了一种能分析卫星故障并可显示出具体对策的专家系统。
它由250个规则构成，可以单一和多窗口形式对话，将专门用于通信卫星电力系统。
日本三菱电机公司也试制出了人造卫星试验用的专家系统，应用专家系统信息卡，通过数据处理机MELCOM MX/3000与逻辑推理机MELCOM-PSI的有机配台实现自动化、省力化，可缩短试验时间，做到高速联机数据处理同时软件开发、功能修改也非常方便，提高了可靠性。
三、人工智能在空间站计划等的应用
NASA的先进技术咨询委员会认为空间站中有三个方面必须采用人工智能技术，才能实现高度自动化，确保可靠性。
(1)空间站分系统、空间站应用、利用空间站在空间进行各种实验时的监控、故障诊断、舱外活动、交会对接、飞行规划等的专家系统。
(2)空间结构物的组装，从航天飞机上卸下和移动补给物资手段的智能化。
(3)卫星服务和空间工厂设备维修用的远距离操纵器/机器人，空间工厂设备控制和操作等用的专家系统。
该先进技术咨询委员会还确定了适用于空间站初始阶段和发展阶段的自动化和仿真机器人学的目标，事实上在初始阶段专家系统是作为支援系统，在发展阶段将作为一种综台性的信息和控制系统的控制部件用。
当前，正在积极地开发以下系统用于美国国际空间站上。
1.监视和故障诊断系统这一研究以环境控制/生保分系统和电力分系统为中心NASA约翰逊空间中心开发了一种用电化学方式清除飞船内二氧化碳气体的增加可靠性故障诊断用的专家系统。
构筑在LISP计算机上，与这一系统有关的知识库和诊断规则，以及与程序有关的知识库均用框架形式表现。
采用这系统后故障减少了一半以上(样机评价结果)。
美国波音公司研制出空间环境控制用的专家系统样机，用它可对环境控制/生保分系统从地影区向日照区过渡的整个过程进行模式控制和分系统监视。
日本航空宇宙技术研究所还研制了一种支援舱内科学家进行空间实验用的专家系统。
另外马丁·玛丽埃塔公司正用自己公司的规则库开发飞船电力分系统故障诊断和负荷调整用的专家系统。
B本宇宙开发事业团在开发空间站天线系统故障诊断、日本实验舱飞行调度系统、电力分系统用的专家系统。
2.远距离操纵器/仿真机器人学。
NASA喷气推进研究所正研制在空间站周围完成组装、服务、检查和维修等各种作业的遥控机器人。
该机器人分系统由高级专家系统组成，遥控机器人则是一个能协调动作的复台式专家系统，它将逐渐发展成一种高智能的自主机器人。
NAS A埃姆斯研究所和兰利研究中心还分别研制由分布式黑板模型构筑空间站用机器人所必须的多种协调式专家系统和由地面操作人员支援空间飞行器用机器人的专家系统。
日本宇宙开发事业团在研制空间站主从遥控机械手用的动作示教最佳化、故障诊断、环境模型用专家系统和研究机器人语言。
ESA也着手研究机械手的故障诊断用的专家系统。
四、未来航空航天中人工智能系统的发展
在初期，航空航天中人工智能（AI）系统可采用两层次结构，航天员位于
指挥、管理层，各种人工智能子系统则位于执行层次。
相互作用主要发生在航天员与AI之间，不同的AI子系统之间没有或只有少量的信息交换。
显然，这样的系统较为松散。
随着AI技术和功能的发展，就会出现具有管理功能的AI子系统，它负责对各种AI单元或子系统的监控和协调，航天员也应当有明确的分工，于是形成多层次的结构。
在这种系统中,位于顶层的指令长，是整个系统的核心，既负责航天员的协调管理，也密切关注担负管理职能的AI子系统。
人与AI的各种信息接口是航天中AI系统能够有效工作的关键环节。
信息接口包括听
觉、视觉、触觉信号和遥测信号。
语言交流是最有效的一种信息交换方式，所以无论是智能管理系统还是航天机器人，都应当具有人类语言的理解能力。
当然，航空航天中人工智能系统不仅要考虑其功能的完善性，更要注重其运行可靠性，所以，发展的策略应当是在可靠的基础上由简单到复杂地逐步进化，最终发展为以航天员为核心的智能性很强的、能完成各种航天任务的人工智能系统。
这种技术的发展不仅使载人航天出现一个崭新的局面，还必然会促进地面人工智能理论和技术以及人类智能研究的发展。
五、结论
总之，伴随航天事业的飞速发展和对高度机械化、自动化的要求越来越追切，人工智能技术将是解决这些问题的关键，因此迅速研究人工智能并使其广泛应用于航天领域已是刻不容缓。
人工智能研究面临的困难要比我们估计的重大得多，人工智能研究的任务要比我们讨论过的艰巨得多。
同时也说明，要从根本上了解人脑的结构和功能，解决面临的难题，完成人工智能的研究任务，需要寻找和建立更新的人工智能框架和理论体系，打下人工智能进一步发展的理论基础。
我们至少需要经过几代人的持续奋斗，进行多学科联合协作研究，才可能基本上解开”智能”之谜，使人工智能理论达到一个更高的水平。
参考文献：
[1] 《人工智能在航天飞机中的应用》
[2] 《用于宇宙飞船遥测监控和诊断的多任务人工智能系统》
[3]朱维宝李砥擎孙波《人工智能技术在航天器数据监视中的应用研究》。
