歐洲航天局(ESA)高級概念和研究辦公室主任利奧波德·薩默斯(Leopold Summerer)在接受采訪時說:“AI已經改變了游戲規(guī)則，使科學研究和探索更加高效。AI不僅讓這種效率翻倍，而是提高了10倍。”

例證比比皆是

AI在太空探索中應用的歷史比許多人想象的要久遠得多。AI已經在研究我們的星球、太陽系和宇宙方面發(fā)揮了重要作用。隨著計算機系統(tǒng)和軟件的發(fā)展，AI的潛在用例也在不斷增加。

地球觀察者1號(EO-1)衛(wèi)星就是個很好的例子。自本世紀初發(fā)射以來，其機載AI系統(tǒng)幫助優(yōu)化了對自然災害(如洪水和火山爆發(fā))的分析和響應。在某些情況下，AI甚至能夠讓地球觀察者1號衛(wèi)星在地勤人員意識到事故發(fā)生之前就開始拍攝圖像。

其他衛(wèi)星和天文學的例子也比比皆是。在第二次帕洛瑪天空調查(Palomar Sky Survey)中，天空圖像編目和分析工具(SKICAT)已經協(xié)助研究人員對發(fā)現(xiàn)的天體進行分類。帕洛瑪天空調查旨在對成千上萬個在低分辨率下拍攝的物體圖像進行分類，這大大超出了人類的能力。類似的AI系統(tǒng)已經幫助天文學家確定了56個新的、可能的“引力透鏡”，這些透鏡在暗物質研究中發(fā)揮著關鍵作用。

AI搜索大量數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)相關性的能力將變得越來越重要，因為它能最大限度地利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)。歐洲航天局的ENVISAT每年產生大約400TB的新數(shù)據(jù)，但與平方公里陣列(Square Kilometre Array)相比就相形見絀了，后者每天產生的數(shù)據(jù)量與目前互聯(lián)網上的數(shù)據(jù)量差不多。

AI幫助登陸火星

AI也被用于軌道和載荷優(yōu)化。這兩項任務都是美國宇航局(NASA)下一個火星探測器(Mars 2020 Rover)任務的重要步驟，這個探測器將于2021年初登陸火星。被稱為AEGIS的AI已經出現(xiàn)在美國宇航局當前的火星探測器上，該系統(tǒng)可以幫助攝像頭自動瞄準目標，并選擇調查對象。然而，下一代AI系統(tǒng)將能夠控制車輛，自主協(xié)助研究選擇，動態(tài)調度和執(zhí)行科學任務。

在整個職業(yè)生涯中，來自丹麥DTU Space的約翰·列夫·喬根森(John Leif Jorgensen)已經設計出許多設備和系統(tǒng)，它們被應用在100多顆衛(wèi)星上。喬根森是Mars 2020 Rover上自主科學儀器PIXL的團隊成員，該儀器廣泛使用AI。其目的是調查火星上是否存在類似疊層石的生命形式。

喬根森在接受采訪時表示：“PIXL的顯微鏡安裝在探測器的臂上，需要放置在距離我們想要研究的東西14毫米的地方。這要歸功于安裝在探測器上的幾個攝像頭。這聽起來可能很簡單，但是交接過程和確定手臂的確切位置非常困難，就像是從屋頂上拍攝的街頭照片中辨認建筑一樣。不過，這是特別適合AI去做的事情。”

AI還能幫助PIXL在夜間自動運行，并隨著環(huán)境的變化而不斷進行調整。在火星上，晝夜溫度的變化可以超過100攝氏度，這意味著探測器、攝像頭、機械臂和正在研究的巖石下面的地面距離都在不斷變化。喬根森稱：“AI是所有這些工作的核心，并幫助將效率提高1倍以上。”

先火星后衛(wèi)星

火星很可能遠不是AI在太空探索中的最終目的地。長久以來，木星的多顆衛(wèi)星都讓科學家們感到著迷。特別是木衛(wèi)二(Europa)，它可能存在地下海洋，埋在大約10千米厚的冰層下。它是太陽系中除了地球之外，最有可能找到生命的地方之一。

雖然這項任務可能在未來的某段時間內完成，但美國宇航局目前的計劃是在2020年將詹姆斯-韋伯(James Webb)太空望遠鏡發(fā)射到距離地球約150萬公里的軌道上。任務的一部分將涉及到AI支持的自主系統(tǒng)，它負責監(jiān)督望遠鏡705公斤重的鏡片的全面部署。

地球和木衛(wèi)二之間的距離，或者地球與詹姆斯-韋伯望遠鏡之間的距離，都意味著通信將被延遲。反過來，這也使得執(zhí)行太空任務的宇航員必須能夠自己做出決定。來自火星探測器項目的例子表明，由于距離遙遠，火星探測器和地球之間的通信需要延遲20分鐘。而木衛(wèi)二任務的通訊延遲時間可能更長。

這兩項任務在不同程度上說明了目前在空間探索中使用AI面臨的最重大挑戰(zhàn)之一。AI系統(tǒng)的表現(xiàn)與它們接收到的數(shù)據(jù)量之間往往存在直接的聯(lián)系。數(shù)據(jù)越多，AI系統(tǒng)的表現(xiàn)就越好。但是我們沒有太多的數(shù)據(jù)來訓練這樣的系統(tǒng)，讓它預見在像木衛(wèi)二這樣的地方執(zhí)行任務時可能遇到哪些挑戰(zhàn)。

計算能力是第二個挑戰(zhàn)。艱苦而耗時的審批程序和輻射風險意味著，在不久的將來，你家里的電腦可能比任何進入太空的東西都更強大。200MHz的處理器、256MB的RAM和2GB的內存聽起來更像諾基亞3210，而不是iPhone X，但它實際上就是下一代太空探測器的“大腦”。

私營企業(yè)騰飛

私人公司正在幫助突破這些限制。CB Insights統(tǒng)計了太空領域的57家初創(chuàng)公司，它們涉及自然資源、消費旅游、研發(fā)、衛(wèi)星、航天器設計和發(fā)射以及數(shù)據(jù)分析等各個領域。David Chew是日本衛(wèi)星公司Axelspace的工程師，他解釋了私人公司如何提高太空探索效率和降低成本的原因。

David Chew接受采訪時說：“許多私人太空公司正在利用后退系統(tǒng)(fall-back system)，尋找使用傳統(tǒng)公司認為的非太空級部件和系統(tǒng)的方法。通過實施后退操作，并使用AI，就有可能在不增加失敗風險的情況下，集成和使用成本更低的部件。”

改造我們的未來家園

在更遙遠的未來，改造火星環(huán)境這樣的壯舉正等著我們去實現(xiàn)。如果沒有AI的幫助，這些讓其他行星變成類似地球環(huán)境的項目是不可能成功的。自主飛行器在地球上已經開始“變形”，BioCarbon Engineering公司利用無人機在1天內種下10萬棵樹。無人機首先對某個區(qū)域進行調查和地圖繪制，然后在第二波無人機進行實際種植之前，算法決定樹木的最佳位置。

就像指數(shù)級技術的情況一樣，協(xié)同作用和融合的潛力是巨大的。比如AI和機器人，或者量子計算與機器學習。為什么不把AI驅動的機器人送上火星，并把它作為地球科學家的遠程操作目標?可以這樣說，我們已經處于使用虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)系統(tǒng)的早期階段，這些系統(tǒng)從火星探測器那里獲取數(shù)據(jù)，創(chuàng)建一個虛擬景觀，科學家們可以在里面走動，并決定探測器下一個探索目標。

AI在太空探索中應用的最大好處之一，可能與它的實際功能沒有太大關系。David Chew認為，在短短10年內，我們就可以在AI的幫助下，在柯伊伯帶(Kuiper Belt)發(fā)現(xiàn)第一批能夠采礦小行星。

他說:“我認為AI對太空探索做出的貢獻是，它開創(chuàng)了一系列新的可能產業(yè)和服務，這對地球上的人類生活將產生更直接的影響。它成為了一個能引起共鳴的行業(yè)，對人們的日常生活產生了實實在在的影響。在某種程度上，太空探索已經成為人們思維方式的一部分，地球和太陽系之間的邊界變得不那么重要了。”