工程师揭秘：人工智能如何守护太空卫星免遭灾难

随着像SpaceX的Starlink这样的卫星巨型星座部署数千颗航天器，监测它们的健康状况已成为一项巨大的挑战。传统方法难以扩展以处理如此庞大的数据量，而单个故障可能会导致数百万美元的损失。

爱尔兰太空技术公司Réaltra Space Systems的人工智能工程负责人詹姆斯·墨菲（James Murphy）正在通过教人工智能提前识别卫星故障来应对这一挑战。他的轻量级AI模型直接在航天器上运行，捕捉微妙的警告信号，同时减轻太空与地球之间的数据传输压力。

墨菲拥有卫星异常检测领域的机器学习博士学位，曾参与欧洲阿丽亚娜火箭的摄像系统工作，捕捉到詹姆斯·韦布太空望远镜分离的标志性图像。他还与诺拉·帕滕博士合作，后者预计将成为爱尔兰首位进入太空的人。

Fast Company与墨菲讨论了如何防止太空灾难、自动航天器，以及科幻作品对太空中人工智能的误解。对话经过编辑以便于长度和清晰度。

卫星异常检测究竟是什么，为什么它对现代太空任务至关重要？

卫星异常检测是识别卫星系统中异常或意外行为的过程，例如电力、通信或传感器。这些异常可能源于软件错误、硬件故障或辐射等环境因素。及早发现这些异常至关重要，因为卫星在恶劣、偏远的环境中运行，无法进行维护。一个小故障可能迅速演变成任务失败。异常检测系统帮助操作员在问题变得严重之前发现并纠正问题，确保卫星保持功能、安全和可靠。

AI模型如何在潜在卫星故障发生之前捕捉到它？

想象一下，卫星的电池因为反复充电而逐渐退化。通常，工程师会监测电压和温度水平，但微妙的警告信号可能对人类来说太微弱而无法察觉。经过多年卫星遥测数据训练的AI模型，学会了健康电池的行为模式。

一天，它在充电过程中发现温度有轻微但持续的上升，尽管仍在安全范围内。系统将其标记为异常。工程师们进行调查，发现了热失控的早期迹象。他们调整了卫星的电源计划，防止了可能导致任务瘫痪的电池故障。

随着SpaceX、蓝色起源和其他公司迅速扩展太空运营，人工智能如何影响竞争格局？

人工智能使自主性和可扩展性成为可能。随着SpaceX的Starlink和亚马逊的Kuiper等巨型星座部署数千颗卫星，人类操作员的工作负担变得难以承受。

人工智能驱动的异常检测通过持续监控遥测、标记异常行为，甚至启动自动响应，减少了这一负担。这让操作员可以专注于关键问题，而不是去筛选日常数据。通过在大规模舰队中保持可靠性，且对人类监督的需求最小化，人工智能不仅确保了大规模任务的成功，还为主要参与者和新兴公司在管理复杂的太空系统方面提供了竞争优势。

您曾努力让人工智能模型轻量化，直接在卫星上运行。这对太空行业有什么意义，以及它创造了什么商业优势？

直接在卫星上运行人工智能模型很重要，因为它能够实现实时决策，并克服太空任务中的一个主要瓶颈：有限的数据传输。

由于严格的链路预算限制，卫星生成的数据远远超过它们能够发送到地球的数据，这限制了带宽、功率和通信时间。通过在卫星上处理数据，人工智能可以在传输前过滤、分析和优先处理最有价值的信息。这增加了模型可用的数据，加快了响应速度，还降低了运营成本。

然而，这其中存在权衡。更复杂的人工智能模型通常需要更强大且耗电量大的硬件，这在太空中是一个主要限制。我的工作专注于设计轻量、高效的模型，优化适应受限环境，平衡性能和功耗。这使得卫星能够在轨道上运行人工智能模型而不超出功率预算，从而能够在更小的任务中进行部署。

目前的数据如何显示这项新技术的影响？

目前很难给出具体数字，因为这就像你开发了第一款iPhone。它会成功吗，还是不会？你会选择苹果还是诺基亚？这是一次代际飞跃，但它需要在社区内建立那种信任。

在节省时间和金钱方面，您可能会看到在任务操作中可能节省高达90%的成本。

您正在与预计成为爱尔兰第一位宇航员的人密切合作。你们是怎么合作的？从中学到了什么？这对爱尔兰在全球太空经济中的角色有什么影响？

与诺拉·帕滕博士的合作是一次令人鼓舞和扎实的经历。我们的合作专注于将复杂的太空技术，如人工智能支持的卫星系统，转化为切实的宣传、教育和创新机会。帕滕博士带来了强大的公众视角和对航天人性化的深刻理解，而我则从技术和任务设计的角度进行贡献。

我学到的是，以激发和吸引超越航天领域的人的方式来传达先进技术的重要性。这也表明爱尔兰在全球太空经济中正在扮演更显著的角色，不仅仅是贡献者，而是在人类航天和人工智能等前沿领域的领导者。爱尔兰太空产业的扩展也为像Réaltra这样的公司创造了更多商业机会。

展望未来5到10年，您认为人工智能将如何影响太空探索？我们可以期待看到哪些新能力？

我相信我们将看到具有更大自主性的航天器，这些航天器将由能够在没有来自地球指令的情况下，适应意外情况的人工智能系统驱动。这对于深空任务至关重要，因为通信延迟使得人类控制变得不切实际。

人工智能将管理卫星巨型星座，优化数据流，并在大规模上检测和响应异常。机载科学处理将成为标准，能够在不进行下行传输的情况下，将原始传感器数据转化为可操作的见解。最终，我相信人工智能会成为太空任务的“副驾驶”，让探索变得更聪明、更迅速、更省钱，帮助我们走得更远。

哪些因素对人工智能在太空中的未来角色至关重要？

我总是提到的一个关于太空人工智能的重要观点是可信性。随着我们向更自主的航天器和机载决策迈进，信任变得与性能同样重要。这些系统需要可靠、可解释，并且能够抵御意外行为或边缘情况。

一个人工智能模型在实验室条件下工作是不够的，它必须在严酷且不可预测的环境中证明自己，且没有出错的余地。通过透明度、测试和稳健性来建立这种信任，在我看来，是未来太空人工智能面临的最重要挑战之一。

人们对太空中的人工智能最大的误解是什么？有什么现实会让他们感到意外？

最大的误解是，太空中的人工智能仍然是未来的概念，或者它需要像科幻小说中那样的具有感知能力的机器人。实际上，最让人惊讶的是，人工智能在一个传统上落后于技术潮流的行业中已经变得如此普遍。

从国际空间站的自主对接，到实时分析数据的地球观测卫星，再到探索火星的“灵巧号”无人机，人工智能已经在整个太阳系中活跃。

科幻小说在太空旅行中关于人工智能的角色，哪些地方说对了，哪些地方说错了，你又从哪些领域汲取灵感？

虽然我们离拥有一个HAL 9000还很远，但科幻小说在预测太空旅行中自主性的崛起方面非常准确。一个很好的现实例子就是NASA在火星上的“灵巧号”无人机。

得益于人工智能驱动的自主性，它调查的地形比所有火星探测器加起来还要多，且无需实时的人类控制。这种自主性在应对通信延迟或有限的联系窗口时至关重要。除此之外，人工智能在自主对接和甚至太空垃圾清除中扮演着越来越重要的角色。

科幻小说常常错误地认为人工智能必须完全具有人类意识才能有用。实际上，专为特定任务设计的狭义人工智能已经在改变太空任务的方式。