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原标题:从一到百并不简单 人工智能星座还在路上

  “可编程的‘智能卫星’出现,使得卫星可以在轨改变任务、功能,这会改变原先的产业链,很多相关产业会因为卫星功能的提升而消失。”在不久前举办的2019年美国卫星大会展会上,传统卫星制造商洛克希德·马丁公司的发言让人真切意识到:卫星的新时代来了。

  有媒体这样评价发生的改变,“以前只能从新航天公司那里听到的词句,比如人工智能、软件定义等,多次出现在传统企业的发言中”。传统势力也欣喜“拥抱”新技术,人工智能卫星、天基AI真的要来了。

  “原本,卫星上天之前定位为遥感卫星就只负责遥感,气象卫星只负责气象,探测卫星只负责探测,未来的智能卫星却可以依据上注(安装)的软件不同拥有‘转换思维’的能力,做完全不同的事情。”近日,中国2019软件定义卫星高峰论坛举办,中国科学院软件所研究员赵军锁解释,这就是前面提到的“改变任务、功能”。将天基超算平台装载于卫星,不仅可以改变卫星用途,还能做很多意想不到的事,目前中国已经有了正在运转的试验星。

  智能卫星有何特别之处

  据报道,智能卫星拥有“判云读雾”和“无人驾驶”的能力。

  “判云读雾”实际上是对图像质量的判读。据介绍,传统卫星没有判读能力,所有拍摄的图片都会“原封不动”地下载,由地面测控中心进行筛检、再合成,这将浪费大量的信道资源。而装载了人工智能系统的卫星,会“判读”“筛选”用得上的图片下传,不仅进行了初筛还节约了大量信道资源。

  “无人驾驶”的提法却在业内存在争议,有业内人士表示,卫星不是运输工具,不应有“驾驶”一说,卫星只存在运行维护、操作操控的说法。“如果是想表达无人运维或无人操控的概念,目前的大多数低轨卫星在测控不可见弧段本身就是无人操控的(靠自主控制),在可见弧段需要对其进行测控。”

  事实上,在天基领域,卫星会受到太阳、地球等引力的影响,轨道会发生一些漂移,多种干扰产生的摄动都需要地面对卫星的测控支持。

  “无人操控”虽然难以实现,但真正的智能卫星却可以“请求”管控。2018年11月中国科学院软件所主导发射入轨的“天智一号”上,上注了自主请求式管控APP,能够利用星上实时或历史全球导航卫星系统定位数据进行自主定轨,未来可自行高精度调整轨道。卫星还有判断能力,一旦发现轨道偏差超出设定门限,卫星便会自主向地面发出管控请求。2019年1月7日至3月17日,由中国科学院软件研究所、西安卫星测控中心、中国科学院微小卫星创新研究院联合开展了自主请求式管控试验,获得成功。

  相关试验还证明了,智能卫星的判读数据还可以更进一步进行初筛后的计算工作,实现从数据到信息的提取,如民航机场流量监测、植被监测、突发事件监测等。例如要比对一个机场每天起降航班的次数,卫星可以在天基进行运算,直接给出数据,不需要把图片传下来再计算,数据传输量很可能消减近百倍。

  任务可变、天基计算、请求管控等,都是更智能的卫星的能力。但这并不是全部,赵军锁说:“我们希望构建的是一个智能无限延展的平台。人工智能要发展起来单靠一个单位是无法完成的,为此软件所希望把底层算法移植到卫星上,让地面的软件开发者可以参与到天基智能的形成中来。”

  功耗、算力、卫星数据安全等难题待解

  对于更高级别的人工智能来说,功耗和算力是两大“拦路虎”。卫星的载荷有限,在太空中运行也很难得到大量的运行能源,因此,如何在低功耗的情况下发挥最大的算力是必须要解决的问题。

  “天智一号”还搭载了云计算平台,通过自主感知计算负载实现智能管理、调度计算资源,在轨完成大部分数据处理工作,省去了大量不必要的数据传输。

  目前人工智能的模型大多在地面上,无法在天基进行,仍旧需要采集大量的数据下传,学习后将模型上传,要进行反复地矫正、训练比较困难。

  但把地面上的超级计算机的处理能力搬到天上,难以实现,主要是无法克服载重和功耗的问题。“未来我们希望通过软件的方法,针对更低功耗的芯片做算法上的‘翻译’,让现在GPU(图形处理器)上跑的算法能直接在低功耗处理器上跑,把人工智能算法搬到卫星上。这样就能在卫星上做更多的运算,让卫星上的人工智能与地面的差距越来越小。”赵军锁说。

  此外,卫星系统的安全问题也是需要解决的课题之一。据报道,美国卫星大会上,洛克希德·马丁公司表达了对智能卫星安全性的担忧。

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