為了研究地球并探索廣闊的宇宙空間，NASA利用了人工智能開(kāi)展了許多新項(xiàng)目，快速推進(jìn)人工智能實(shí)驗(yàn)室在規(guī)劃和調(diào)度領(lǐng)域進(jìn)行基礎(chǔ)研究，這些項(xiàng)目在科學(xué)分析應(yīng)用，深空網(wǎng)絡(luò)操作，航天器指揮和航天運(yùn)輸系統(tǒng)都有很大的貢獻(xiàn)。
今天，我們將詳細(xì)介紹JPL（Jet Propulsion Laboratory，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）目前正在開(kāi)展的一些重大項(xiàng)目。其中大部分與規(guī)劃技術(shù)，航天器自動(dòng)控制有關(guān)。
NO.6 ASPEN
JPL 的 AI 團(tuán)隊(duì)一直致力于開(kāi)發(fā) ASPEN 系統(tǒng) （Advanced System for Process Engineering，過(guò)程工程的先進(jìn)系統(tǒng)）。這是一個(gè)模塊化的，可重新配置的框架，可以支持多種類型的規(guī)劃和調(diào)度應(yīng)用程序。
框架包括實(shí)現(xiàn)這些元素的各種組件，主要在復(fù)雜的計(jì)劃或調(diào)度系統(tǒng)中找到，如時(shí)間推理系統(tǒng)，資源管理系統(tǒng)，表達(dá)式建模語(yǔ)言和圖形界面。具體來(lái)說(shuō)，它被用于任務(wù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，航天器操作，地面漫游器規(guī)劃，協(xié)調(diào)的多個(gè)漫游者規(guī)劃和多個(gè)漫游者規(guī)劃。
作為一個(gè)地面系統(tǒng)，ASPEN 利用內(nèi)部航天器模型和不同的高層次目標(biāo)來(lái)提供由飛船執(zhí)行的具體指令。作為一個(gè)基于飛行的系統(tǒng)，它不斷接收流動(dòng)站狀態(tài)的更新，并更新計(jì)劃以反映周圍的變化。作為一個(gè)天線調(diào)度系統(tǒng)，它被用來(lái)自主控制一個(gè) DSN 站。
AI 技術(shù)基于啟發(fā)式搜索，迭代修復(fù)和時(shí)間推理。該框架有一個(gè)通用的架構(gòu)，可以很容易地從不同的傳播算法和搜索引擎中進(jìn)行選擇，使規(guī)劃過(guò)程有效。而且，用戶可以與日程進(jìn)行互動(dòng)，并快速有效地重新計(jì)劃。
它目前可用于外部許可，但不能向外輸出。將來(lái)，ASPEN 將用于修復(fù)計(jì)劃與執(zhí)行相結(jié)合。
NO.5 MISUS
MISUS（Multi-Rover Integrated Science Understanding System，多攬子綜合科學(xué)理解系統(tǒng)）開(kāi)發(fā)技術(shù)是一項(xiàng)用于控制行星探測(cè)漫游者的技術(shù)。 NASA 開(kāi)發(fā)的 MISUS 架構(gòu)由三個(gè)主要組件組成——
數(shù)據(jù)分析：一個(gè)分布式機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，執(zhí)行無(wú)監(jiān)督聚類，用于模擬流動(dòng)站觀測(cè)到的巖石類型分布。它可以引導(dǎo)漫游者的感應(yīng)，不斷改善行星場(chǎng)景的內(nèi)容。
規(guī)劃：分布式規(guī)劃系統(tǒng)，生成運(yùn)營(yíng)計(jì)劃以實(shí)現(xiàn)輸入流動(dòng)站科學(xué)目標(biāo)。有一個(gè)統(tǒng)籌人員在流動(dòng)站之間分配科學(xué)目標(biāo)，并在個(gè)人漫游車上分配與每個(gè)操作有關(guān)的分配計(jì)劃員集合。
環(huán)境模擬器：一個(gè)多流動(dòng)站模擬器，模擬幾個(gè)地質(zhì)周圍和流動(dòng)站科學(xué)運(yùn)作。它處理所有環(huán)境的科學(xué)數(shù)據(jù)，跟蹤操作，并反映流動(dòng)站科學(xué)設(shè)備的觀測(cè)。
整個(gè)系統(tǒng)以閉環(huán)方式運(yùn)行，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以被視為科學(xué)家們?cè)谕苿?dòng)勘探過(guò)程。首先將數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站聚類算法，將所有收集到的數(shù)據(jù)集成到更新后的全局模型中，并將新模型廣播回分布式聚類器。
聚類輸出被優(yōu)先級(jí)算法用來(lái)產(chǎn)生一組新的觀測(cè)目標(biāo)，這將進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確性。然后將這些目標(biāo)傳送給中央規(guī)劃者，以最有效地處理請(qǐng)求的方式將個(gè)人漫游者分配給目標(biāo)。
然后每個(gè)漫游者規(guī)劃者產(chǎn)生一些具體的行動(dòng)，盡可能多地實(shí)現(xiàn)其分配的目標(biāo)。然后將動(dòng)作序列發(fā)送到仿真器，并將收集到的信息發(fā)送回流動(dòng)站群。整個(gè)循環(huán)一直持續(xù)到收集到足夠的信息以產(chǎn)生任何觀察到的巖石類型的不同簇。
NO.4 分布式航天器
該項(xiàng)目使用最新的技術(shù)來(lái)控制具有任務(wù)目標(biāo)的航天器星座，而不是每個(gè)航天器的命令序列。
這項(xiàng)研究推動(dòng)了建模和仿真能力，以便通過(guò)分布式技術(shù)實(shí)現(xiàn)航天器編隊(duì)和群集的高精度，實(shí)時(shí)仿真。
美國(guó)宇航局正在開(kāi)發(fā)一種新的仿真體系結(jié)構(gòu)，以利用編隊(duì)的分布式性質(zhì)，并將仿真在多個(gè)處理器之間進(jìn)行分組。例如，HYDRA（分層分布式可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)）被開(kāi)發(fā)用于跨混合和多平臺(tái)環(huán)境無(wú)縫地部署模擬模塊和技術(shù)。
HYDRA自動(dòng)化仿真模塊之間的通信過(guò)程。它已成功地注入FAST（形成算法和模擬測(cè)試平臺(tái)）作為陸地行星查找程序的一部分。
總體目標(biāo)是建立穩(wěn)健，快速的全局優(yōu)化算法，解決編隊(duì)飛行指導(dǎo)，估算，控制和決策問(wèn)題。這包括編隊(duì)飛行的快速分布式估計(jì)器，航天器之間的分布式資源分配，穩(wěn)健的地層保持控制，地層燃料優(yōu)化重新配置路徑規(guī)劃以及模式命令。
NO.3 CASPER
CASPER(代表連續(xù)作業(yè)調(diào)度計(jì)劃的執(zhí)行和重新規(guī)劃)利用迭代修復(fù)方法來(lái)支持航天飛行器的連續(xù)轉(zhuǎn)換或者修復(fù)。
傳統(tǒng)的用于模型規(guī)劃的批處理方法都有一定的弊端，建立一個(gè)抓取需求的平臺(tái)需要大量的計(jì)算，而計(jì)算資源通常都是有限的。
那么目標(biāo)就是做一個(gè)更有效、能夠?qū)ξ粗兓憫?yīng)的計(jì)劃。該計(jì)劃可以減少對(duì)于預(yù)測(cè)模型的依賴，例如不可逆的模型誤差。
為了實(shí)現(xiàn)這些，JPU 利用一個(gè)連續(xù)計(jì)劃技術(shù)，也就是CASPER。該計(jì)劃有一個(gè)現(xiàn)有目標(biāo)設(shè)置、狀態(tài)和預(yù)期結(jié)果模型。實(shí)時(shí)狀態(tài)可以由增量進(jìn)行隨時(shí)更新。該更新可以是任何事，從簡(jiǎn)單的時(shí)間處理調(diào)整到未預(yù)期的事件。
該計(jì)劃擁有一個(gè)進(jìn)一步的最少可用需求數(shù)據(jù)的連續(xù)規(guī)劃。然而，大多數(shù)時(shí)間并不會(huì)如預(yù)期的那樣運(yùn)行。這時(shí)候就是該模型起作用的時(shí)候——它可以根據(jù)場(chǎng)景隨時(shí)做好準(zhǔn)備進(jìn)行調(diào)整。
現(xiàn)有的迭代修復(fù)規(guī)劃方法可以使得最初狀態(tài)的和目標(biāo)的增量迭代然后逐步的解決沖突。每次迭代之后，他的影響將會(huì)傳播已發(fā)現(xiàn)沖突并更新計(jì)劃（例如修復(fù)算法喚醒）。
該技術(shù)用于行星探測(cè)車，新千年地球軌道1號(hào)，城市探索者，高度可重復(fù)使用的空間蒸騰，分布式漫游者，修改南極測(cè)繪任務(wù)，等等。
NO.2 火山探測(cè)網(wǎng)絡(luò)
該項(xiàng)目采用一個(gè)由互聯(lián)網(wǎng)和基于衛(wèi)星自主觀測(cè)響應(yīng)能力的軟件連接的傳感器網(wǎng)絡(luò)。他具有模塊化、靈活的體系結(jié)構(gòu)，便于傳感器擴(kuò)展、觸發(fā)場(chǎng)景和相應(yīng)的定制。
現(xiàn)在，它已經(jīng)被應(yīng)用于全球的火山活動(dòng)檢測(cè)。此外，NASA還運(yùn)行該網(wǎng)絡(luò)來(lái)檢測(cè)冰凍圈現(xiàn)象、洪水和大氣現(xiàn)象。
一些業(yè)務(wù)衛(wèi)星可以免費(fèi)提供數(shù)據(jù)，例如MODIS（中分辨率成像光譜儀）的數(shù)據(jù)幾乎可以實(shí)時(shí)通過(guò)直接廣播獲得。這些數(shù)據(jù)提供了驚人的傳感能力的全球和區(qū)域覆蓋范圍。
然而，這些設(shè)備不提供高分辨率的數(shù)據(jù)，適合于許多科學(xué)應(yīng)用。事實(shí)上，它們大多是高需求資產(chǎn)和高度約束的設(shè)備。
在火山探測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，高覆蓋率和低分辨率傳感器來(lái)觸發(fā)的高分辨率設(shè)備。此外，還有很多其他的理由為探測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。例如，自動(dòng)響應(yīng)可以通過(guò)像成像雷達(dá)這樣的復(fù)雜設(shè)備來(lái)進(jìn)行觀測(cè)?；蛘?，它們可以用來(lái)增加觀察頻率，以提高時(shí)間分辨率。
現(xiàn)在，它被用來(lái)監(jiān)控50個(gè)地球最活躍的火山。此外，NASA還運(yùn)行實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)森林火災(zāi)，洪水和冰凍圈事件。
NO.1 ASE
以前NASA任務(wù)中使用的航天器（在2000之前）沒(méi)有能力根據(jù)空間收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自主判斷。然而，自2003以來(lái)，ASE（自動(dòng)科學(xué)航天實(shí)驗(yàn)）在進(jìn)行對(duì)地球觀測(cè)任務(wù)，并采用連續(xù)的規(guī)劃，在模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)提高效率。
ASE軟件演示了使用機(jī)載決策來(lái)識(shí)別、檢查和響應(yīng)事件和下行鏈路的能力，這些數(shù)據(jù)只包含最高值的數(shù)據(jù)。
該AI技術(shù)包括了大量的有用的模塊，例如：
分析圖像數(shù)據(jù)以檢測(cè)觸發(fā)條件的星載科學(xué)算法；
支持事件驅(qū)動(dòng)處理和低級(jí)別自治的魯棒性執(zhí)行管理軟件；
CASPER軟件重要的重新規(guī)劃的活動(dòng)如下行鏈路。
ASE在地球科學(xué)、空間物理和行星科學(xué)方面開(kāi)辟了一系列廣泛的新應(yīng)用。該技術(shù)減少了異常丟失的停機(jī)時(shí)間，減少了使用自治軟件的設(shè)備安裝時(shí)間，并且顯著地提高了固定下行鏈路的科學(xué)性。
最初，ASE包含監(jiān)控高層次目標(biāo)的科學(xué)目標(biāo)。CASPER是用來(lái)產(chǎn)生周期性監(jiān)測(cè)計(jì)劃的目標(biāo)（使用Hyperion儀器）。該系統(tǒng)所使用的科學(xué)算法檢測(cè)圖像并根據(jù)其檢測(cè)下行鏈路。如果沒(méi)有合適的現(xiàn)象，科學(xué)軟件命令策劃者獲得下一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的目標(biāo)。
另外，SCL軟件實(shí)現(xiàn)了通過(guò)CASPER產(chǎn)生連接自主元素和重復(fù)后續(xù)觀察效果后的計(jì)劃。
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