一颗孤独的大卫星,将变成一对快乐的小卫星!

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自主卫星编队之间的任务协调

更小的自主卫星可以帮助分析云层的内部结构,从而更详细地观察地球气候的变化。图像来源)——NASA约翰逊空间中心地球科学与遥感单位

长期以来,航天器在太空中执行任务一直得益于一些自动操作。随着未来几年预计发射的卫星数量将大幅度增加,研究人员正在利用自动化及AI使它们更智能、高效。科技公司和研究人员看到了前景,即给卫星更多的机载控制,以避免造成与地球之间通信的困难,并且减少持续亲自监督及远程干预。这样不仅可以降低运营的成本,还有可能让航天器能够不依靠地球上的监工,来完成更复杂的任务。小一些的、自动化的航天器可以填补大型、昂贵的通信卫星之间没有被覆盖的范围,或者用于监测太空天气或同时从不同的角度观察地球——比如对云层的三维实时分析或监测火山羽。

卫星监测下的云层 图片来源——百度图片

通过这种方法,卫星们能够纠正并保持在他们的轨道,避免碰撞,还能监督他们的机载系统。所有这些都使卫星自身的操作成本大大降低。

德国维尔茨堡大学机器人和远程信息技术系主任克劳斯•席林教授一直在研究一种技术,让一组小型自主卫星编队飞行,彼此直接通信,组织和协调任务。这项研究的成功将会是世界首次实现小型自主卫星编队。

卫星编队飞行 图片来源——百度图片

成网工作

对于一颗重达数吨的卫星成本,他认为可以使用一组小型卫星——甚至数百颗——来建立一个传感器网络。舰队将需要更先进的协调和控制,但这比一个巨大的飞船能够提供更好的时间和空间分辨率。

编队卫星分工 图片来源——百度图片

席林教授说,虽然小型化可能会给卫星带来一些困难,比如容易受到电子电路噪音的影响,好在复杂的软件可以检测和纠正这些问题,小型航天器之间的合作也可以增强它们的能力。

“对我们来说,这就像在太空中拥有一个实验室。”德国维尔茨堡大学德国研究公司远程信息技术中心的克劳斯•席林教授说。

”单颗卫星的情况也是如此,但在多颗卫星的层面上的信息形成的背景下,这一点变得至关重要。”

他的NetSat项目目标是在今年年底发射四颗绕地球轨道运行的小型卫星,并在地面控制的轻触监控下测试不同程度的自主编队。每颗卫星大约重3公斤,仅为最大卫星的非常小的一部分。小卫星将被放置在距地表约600公里的近地轨道上。迄今为止,席林教授和他的团队已经利用已经进入轨道的卫星来开发和演示通信、定位和定位系统,他们目前正在为NetSat项目测试一个电力推进系统。

这项技术还整合了20年来的研究成果,以用来控制移动机器人的队形,并将扩展到三维空间,用于协调地面漫游者的群体性行为。

克劳斯•席林与德国第一颗微卫星(一颗质量为1公斤的卫星),由他的团队在2005年设计并制成。图片来源——维尔茨堡大学

协调合作

NetSat项目航天器将能够在约100公里直至10米的范围内相互协调,并根据它们需要执行的任务来改变它们的队形。

席林说,“对我们来说,这就像是在太空中有一个实验室,我们可以在那里进行大量的操作测试、控制测试和传感器测试,这将有助于我们未来的任务。”

NetSat项目的工作方式是将计算能力分配给队形内的卫星,但另一种使用人工智能(AI)来增加卫星的自主性的方法正在探索。

人工智能可以使卫星感知周围环境,自发的决定什么时候及怎样操作,执行如收集图像、分析和处理等任务,然后只选择必要的数据传送到地球站。

目标也可能是识别可以被监控或跟踪的特定物体,比如地球表面的建筑物、船只或车辆,或者过滤掉云层以提高图像质量。

利用卫星监测物体——百度图片

位于都灵的意大利空间技术创业公司AIKO的创始人兼首席执行官洛伦佐•费鲁利奥博士说,这种卫星还可以识别需要监控的新事件或需要采取行动的异常情况。

费鲁利奥博士说:“从某种意义上说,你需要检测正在发生的事情,然后使用人工智能而不是传统的算法,就可以自主地对这些条件做出反应。”他领导着一个名为“海市蜃楼”的项目,利用深度学习等人工智能工具实现卫星操作的自动化。

更低的成本

这种智能的、基于AI的系统能够确保航天器在不需要等待地面的新指令或决定的情况下完成任务,这样就可以把重点放在关键问题上,而不是日常任务上——大大降低了人员配备水平,成本也低得多。

“海市蜃楼”软件的一些功能源自无人机或自动驾驶汽车的需求。该软件将于今年第四季度在一颗小型卫星上作为机载实验发射,未来有望应用在更大的航天器上。其中一个目标是展示人工智能对不同任务和任务目标的适应性——包括深空探索的可能性。费鲁利奥博士补充道:“总的来说,人工智能和深度学习正在证明它们在许多不同行业的价值,在太空任务的好处还远远没有得到充分的开发。”

图片来源——百度图片

作者: Rex Merrifield

FY: 冒泡泡

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