Sztuczna inteligencja w kosmosie. Obszary zastosowania [ANALIZA]

Początki wykorzystania sztucznej inteligencji (ang. Artificial Intelligence – AI) w kosmosie sięgają lat 90. XX wieku. Wówczas technologie te zaczęły być eksperymentalnie implementowane w projektach kosmicznych. Ich rozwój był stymulowany rosnącą potrzebą automatyzacji i zwiększenia autonomii misji kosmicznych.

Geneza AI w kosmosie i przełomowe osiągnięcia

W tym miejscu warto przytoczyć bezzałogową sondę kosmiczną Deep Space 1 (DS1) użytą w programie New Millennium Program realizowanym przez NASA w 1998 roku. Była ona pierwszym statkiem kosmicznym wyposażonym w system sztucznej inteligencji, znany jako Remote Agent. System ten odpowiadał za autonomiczne podejmowanie decyzji dotyczących nawigacji i zarządzania systemami obiektu, co pozwalało na działanie bez stałego nadzoru z Ziemi.

Biorąc pod uwagę czasy, w których podjęto się tego przedsięwzięcia stanowił on pionierskie podejście. Umożliwiło ono eksperymentalne testowanie autonomicznych algorytmów decyzyjnych w praktycznych warunkach. W trakcie misji DS1 przeprowadzono szereg testów, w których Remote Agent podejmował decyzje odnośnie zmian trajektorii lotu i rozwiązywania występujących problemów technicznych.

W latach 90. XX wieku NASA zaczęła również stosować algorytmy AI do przetwarzania danych z teleskopów, takich jak Hubble Space Telescope. Techniki te pomagały w analizie obrazów i identyfikacji nowych obiektów astronomicznych. Pozwalało to astronomom na szybsze odkrywanie i badanie ciał niebieskich, które wcześniej wymagałyby długich analiz manualnych. W misjach badawczych dotyczących planet i ich atmosfer AI była używana do analizy danych z instrumentów pomiarowych, co przełożyło się na zwiększenie efektywności przetwarzania i interpretacji danych.

Sztuczną inteligencję wykorzystano też podczas misji Mars Pathfinder w 1997 roku, gdy wprowadzono jej zastosowanie do łazika Sojourner. Choć obiekt ten był wciąż silnie zależny od kontroli z Ziemi, korzystał z prostych algorytmów do unikania przeszkód podczas poruszania się po marsjańskiej powierzchni. W kolejnych latach łaziki Spirit i Opportunity zyskały bardziej zaawansowane systemy AI, które umożliwiały większą autonomię w nawigacji i zbieraniu danych. Było to szczególnie istotne w kontekście długoterminowych misji prowadzonych na Marsie.

W 2010 roku NASA wprowadziła zintegrowany system autonomiczny pod nazwą Autonomous Sciencecraft Experiment (ASE). Stosował on AI do podejmowania decyzji na pokładzie satelity. Pozwalało to na samodzielne wykonywanie badań naukowych. ASE mogło analizować dane pochodzące z instrumentów naukowych i podejmować decyzje o dalszych krokach, zwiększając efektywność misji.

Z kolei programy takie jak Mars 2020 z łazikiem Perseverance w pełni zintegrowały możliwości sztucznej inteligencji, wykorzystując zaawansowane algorytmy do analizy terenu, planowania tras i podejmowania decyzji w oparciu o zebrane informacje.

Początki używania sztucznej inteligencji w kosmosie były związane z eksperymentalnymi misjami, które miały na celu przetestowanie autonomicznych systemów decyzyjnych i analizy danych. Wprowadzenie takich innowacji, jak Remote Agent podczas misji DS1, rozpoczęło nową erę w eksploracji kosmicznej, gdzie AI stała się narzędziem zwiększającym efektywność misji. W miarę postępu technologii sztuczna inteligencja pełni coraz bardziej istotną funkcję w realizacji ambitnych celów eksploracyjnych, przyczyniając się do osiągania nowych kamieni milowych w badaniu kosmosu.

Istota i możliwości wykorzystania sztucznej inteligencji w kosmosie

Współczesne doskonalenie sztucznej inteligencji w domenie kosmicznej koncentruje się na rozwijaniu technologii, które zwiększają autonomię, wydajność i bezpieczeństwo misji. Systemy pracujące w oparciu o AI pozwalają na ulepszone zarządzanie operacjami w trudnych warunkach kosmosu, gdzie tradycyjne podejścia mogą nie sprostać wymaganiom.

Dotyczą one głównie wyzwań związanym z opóźnioną komunikacją, dużymi odległościami oraz ograniczeniami sprzętowymi. Implementowane rozwiązania bazujące na sztucznej inteligencji obejmują zarówno robotykę, jak i zarządzanie danymi i wsparcie dla załóg ludzkich. Poniżej przedstawiono szczegółowe typologie zastosowań.

Zwiększenie autonomii pojazdów kosmicznych – w misjach kosmicznych, gdzie czas przesyłania sygnału z Ziemi do statku kosmicznego wynosi nawet kilka godzin (np. w przypadku Marsa), AI umożliwia łazikom i sondom podejmowanie decyzji autonomicznie. W odniesieniu do łazików, sztuczna inteligencja wspomaga proces planowania trasy i nawigowania po nieznanych terenach. Wybiera przy tym najbezpieczniejsze trasy, unikając przeszkód w czasie rzeczywistym.

W tradycyjnych systemach takie decyzje musiałyby być podejmowane przez operatorów na Ziemi, co wiązałoby się z opóźnieniami i większym ryzykiem błędów. Przykładem tego typu rozwiązań jest łazik Curiosity oraz jego następca Perseverance należące do NASA. Korzystają one z algorytmów uczenia maszynowego, które analizują teren w czasie rzeczywistym.

W  nawiązaniu do sond międzyplanetarnych istotne jest samodzielne manewrowanie statkiem kosmicznym w przestrzeni pozaziemskiej. W tym celu wykorzystywana jest sztuczna inteligencja, która używa danych pochodzących z czujników do budowania modelu otoczenia i podejmowania decyzji dotyczących lotu.

Jest to niezbędne przy eksploracji asteroid, gdzie warunki zmieniają się dynamicznie oraz wymagają zdolności szybkiej adaptacji do środowiska, w którym się znajduje. Pozwala to na podejmowanie decyzji bez opóźnień wynikających z komunikacji z Ziemią. Tego typu autonomiczne systemy mają kluczowe znaczenie w misjach do odległych ciał niebieskich, gdzie opóźnienia w komunikacji mogą wynosić nawet kilka godzin. Przykład takiej technologii stanowi sonda Hera należąca do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA).

Systemy zarządzania satelitami i zapobiegania kolizjom – umożliwiające monitorowanie przestrzeni orbitalnej oraz zarządzanie konstelacjami satelitów. W ramach pierwszej z tych funkcji AI wspomaga zarządzanie ruchem satelitów oraz kontroluje przemieszczanie się śmieci kosmicznych, analizując dane o ich trajektoriach, a następnie przewidując ryzyko kolizji.

W systemach unikania kolizji algorytmy sztucznej inteligencji mogą decydować o wykonaniu manewrów unikowych, co pozwala chronić kosztowną infrastrukturę przed uszkodzeniem. Jest to szczególne istotne w warunkach coraz większego zatłoczenia orbity okołoziemskiej.

Z kolei zarządzanie konstelacjami satelitów metodami manualnymi z udziałem czynnika ludzkiego stanowią skomplikowany proces, który stopniowo jest zastępowany algorytmami AI. Pozwalają one na rozdysponowanie zasobów energetycznych satelitów oraz optymalizację ich pracy. Zwiększa to efektywność funkcjonowania całej infrastruktury, maksymalizując pokrycia i stabilność łączności.

Zarządzanie danymi w czasie rzeczywistym – misje kosmiczne generują kolosalne ilości danych, które muszą być analizowane i przetwarzane. Sztuczna inteligencja może je filtrować na miejscu, na pokładzie sond czy satelitów, co pozwala na przesyłanie na Ziemię jedynie najważniejszych informacji. Na przykład, misja ESA realizowana za pośrednictwem satelity Phi–sat–1 wykorzystuje AI do automatycznego usuwania nieistotnych obrazów, takich jak te zasłonięte chmurami.

Powoduje to zredukowanie danych przesyłanych do analizy na Ziemi, a także brak obciążenia łączy satelitarnych. Przyspiesza też podejmowanie decyzji operacyjnych oraz efektywniejsze wykorzystanie infrastruktury komunikacyjnej. W misjach, takich jak te na Księżycu czy Marsie, sztuczna inteligencja jest w stanie automatycznie analizować obrazy powierzchni planet i identyfikować istotne struktury geologiczne, np. kratery czy formacje skalne. To znacznie przyspiesza badania i umożliwia precyzyjne planowanie przyszłych misji lądowania.

Wsparcie astronautów i zarządzanie zdrowiem – rozważane dwupłaszczyznowo w kategorii asystentów sztucznej inteligencji oraz systemów zdolnych do monitorowania zdrowia załogi. Względem pierwszego typu AI trzeba podkreślić, że w warunkach długotrwałych misji kosmicznych, takich jak pobyt na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ang.International Space Station – ISS), wspierają one astronautów w codziennych zadaniach. Przykładem jest system CIMON. Może on analizować dane, rozpoznawać mowę i działać jako interaktywny asystent, pomagając w wykonywaniu złożonych operacji. Należą do nich konserwacja stacji lub monitorowanie przeprowadzanych eksperymentów

W nawiązaniu do monitorowania zdrowia załogi sztuczna inteligencja pozwala na kontrolowanie parametrów zdrowotnych astronautów w czasie rzeczywistym. W ten sposób identyfikuje potencjalne zagrożenia zdrowotne i ostrzega załogę przed niebezpiecznymi stanami. Tego typu rozwiązania mogą być również adaptowane do zastosowań telemedycznych na Ziemi. Potrzeba implementacji tego rodzaju technologii była wyraźnie dostrzegalna podczas pandemii COVID–19.

Na podstawie powyższego trzeba stwierdzić, że sztuczna inteligencja w przestrzeni kosmicznej jest kluczowym narzędziem, które zwiększa autonomię i efektywność misji. Jednocześnie minimalizuje ryzyko oraz redukuje koszty operacyjne. Dzięki zdolności do autonomicznego podejmowania decyzji, zarządzania danymi i wspierania astronautów, AI pozwala na realizację coraz bardziej złożonych operacji w kosmosie. W miarę dalszego rozwoju technologii, jej rola w eksploracji kosmicznej będzie się jeszcze bardziej zwiększać, otwierając drogę do nowego katalogu działań.

Sztuczna inteligencja w kontekście wsparcia działań militarnych

Rozwój sztucznej inteligencji w kosmosie ma potencjał, aby w dużym stopniu oddziaływać na realizację operacji militarnych. Może ona zapewniać nowoczesne technologie i innowacyjne podejścia do zarządzania zasobami, monitorowania i oceny sytuacji.

Po pierwsze, trzeba nadmienić o opcji zagwarantowania zwiększonej zdolności do monitorowania i wywiadu. Sztuczna inteligencja wpływa na poprawę możliwości do zbierania i analizy danych wywiadowczych z różnych źródeł, w tym satelitów i innych platform orbitalnych. Dzięki zaawansowanym algorytmom analizy obrazów AI jest w stanie szybko przetwarzać informacje i identyfikować zagrożenia. Do najważniejszych z nich należą: ruchy wojskowe, budowy obiektów militarnych oraz inne aktywności, które mogą stanowić potencjalne zagrożenie. Tego rodzaju monitorowanie może być kluczowe w czasie konfliktów, gdzie czas reakcji jest niezwykle istotny.

Po drugie, AI pozwala na rozwój autonomicznych systemów obronnych, które mogą działać niezależnie lub w synergii z ludzkimi operatorami. Systemy te mogą analizować sytuację na polu walki w czasie rzeczywistym i podejmować decyzje o wykryciu i neutralizacji zagrożeń, takich jak wrogie bezzałogowe statki powietrzne lub pociski rakietowe. W miarę jak technologia ta się rozwija, autonomiczne systemy mogą stać się bardziej zaawansowane, oferując bardziej skomplikowane zdolności obronne.

Po trzecie, sztuczna inteligencja ma potencjał do optymalizacji operacji logistycznych w wojskowych misjach kosmicznych. Algorytmy mogą przewidywać potrzeby logistyczne, zarządzać dostawami oraz planować operacje, co pozwala na efektywniejsze wykorzystanie zasobów. Wykorzystanie AI w logistyce może przyczynić się do zmniejszenia kosztów i czasu potrzebnego na realizację misji.

Po czwarte, w miarę postępującego rozwoju technologicznego w siłach zbrojnych, AI stwarza możliwości do doskonalenia strategii ofensywnych. Algorytmy sztucznej inteligencji mogą analizować dane z pola walki, identyfikować cele i planować ataki, zwiększając precyzję operacji. Przykładem mogą być systemy używające bezzałogowych statków powietrznych, które są w stanie autonomicznie podejmować decyzje dotyczące ataku na cele, zmniejszając potrzebę bezpośredniej kontroli przez operatorów.

Po piąte, sztuczna inteligencja generuje perspektywę do prowadzenia analizy sytuacji w czasie rzeczywistym, co może być kluczowe w aspekcie strategicznych zamierzeń. Dzięki zbieraniu i analizowaniu danych z różnych źródeł, AI może dostarczać dowództwu informacje potrzebne do podejmowania świadomych decyzji, przyczyniających się do wyniku podjętej operacji.

Rozwój sztucznej inteligencji w kosmosie stwarza nowe możliwości dla militariów, poprawiając zdolność monitorowania, zarządzania, analizy danych oraz autonomii systemów. Te innowacje mogą zrewolucjonizować sposób prowadzenia operacji wojskowych, zarówno w skali lokalnej, jak i globalnej. Będą one wpływać na efektywność i precyzję w sytuacjach, gdzie czas i decyzje mają priorytetowe znaczenie. W miarę jak technologie te będą się rozwijać, ich zastosowanie w kontekście militarnym stanie się coraz bardziej kompleksowe.

Przyszłe wykorzystanie sztucznej inteligencji w domenie kosmicznej

W przyszłości sztuczna inteligencja w przestrzeni kosmicznej będzie wykorzystywana w coraz bardziej zaawansowany sposób, rozszerzając możliwości eksploracji i zwiększając autonomię systemów kosmicznych. Oto najważniejsze kierunki rozwojowe:

Autonomiczne misje eksploracyjne – w  miarę, jak misje kosmiczne będą penetrować coraz dalsze obszary Układu Słonecznego, konieczne będzie zwiększenie autonomii sond i łazików. AI  pozwoli tym pojazdom kosmicznym na samodzielne podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym, na przykład podczas lądowania na planetach czy księżycach.

Autonomiczne systemy będą mogły identyfikować i unikać zagrożeń, analizować dane środowiskowe oraz podejmować decyzje dotyczące dalszych kroków podczas misji. Konieczne jest doskonalenie współczesnych rozwiązań na rzecz dążenia do jeszcze większej niezależności i niezawodności algorytmów AI. Dużym wyzwaniem jest także opracowanie technologii redukującej opóźnienia podczas komunikacji obiektu z Ziemią.

Optymalizacja zarządzania satelitami i infrastrukturą orbitalną – wraz z rosnącą liczbą satelitów i megakonstelacji, AI może pełnić funkcję zarządzania w procesie ich rozmieszczenia i ruchu na orbicie. Celem tych działań będzie wykorzystanie pasma komunikacyjnego, energii i zasobów, minimalizując ryzyko kolizji. Sztuczna inteligencja prawdopodobnie przyczyni się także do automatycznego dostosowania parametrów misji, pozwalając na bardziej efektywne wykorzystanie przestrzeni kosmicznej.

Z uwagi na rosnące zanieczyszczenie naturalnego środowiska kosmicznego, AI będzie mogła wspomagać funkcjonowanie zaawansowanych systemów unikania kolizji. Będzie to realne dzięki monitorowaniu zagrożeń, takich jak kosmiczne śmieci, a także za planowanie i wykonanie manewrów unikowych, zapewniając bezpieczeństwo satelitów oraz innych statków kosmicznych.

Wsparcie dla astronautów i zdrowia załogi – w przyszłości sztuczna inteligencja będzie rozwijana jako interaktywni asystenci dla astronautów podczas długoterminowych misji kosmicznych. Systemy takie jak CIMON będą ewoluować, oferując bardziej zaawansowane funkcje. Wśród nich mogą się znaleźć opcje, takie jak zarządzanie eksperymentami naukowymi, diagnostyka sprzętu oraz monitorowanie zdrowia załogi w czasie rzeczywistym. Potencjalnie będą zdolne udzielać wsparcia psychologicznego załodze podczas długotrwałych lotów, na przykład na Marsa.

W miarę przedłużania misji załogowych sztuczna inteligencja będzie wiodącym narzędziem w monitorowaniu zdrowia astronautów. AI może przeprowadzać analizy medyczne w czasie rzeczywistym, przewidywać problemy zdrowotne i oferować sugestie leczenia. Spowoduje to zmniejszenie zależności od ziemskich lekarzy i umożliwi szybsze reakcje na potencjalne zagrożenia zdrowotne.

Zaawansowane przetwarzanie i analiza danych w czasie rzeczywistym – zamiast przesyłania ogromnych ilości danych na Ziemię do analizy, coraz więcej danych będzie przetwarzanych bezpośrednio na pokładzie satelitów i sond kosmicznych. Technologie takie jak Phi–sat–1 już teraz pokazują, jak AI może filtrować nieistotne informacje, oszczędzając zasoby komunikacyjne i przyspieszając procesy decyzyjne. W przyszłości technologia ta będzie coraz bardziej zaawansowana, umożliwiając prowadzenie złożonych analiz w czasie rzeczywistym, bezpośrednio w kosmosie.

Sztuczna inteligencja będzie również wspierać astronomów w analizie danych pochodzących z teleskopów kosmicznych oraz misji eksploracyjnych. Algorytmy AI mogą automatycznie identyfikować istotne zjawiska astronomiczne, takie jak nowe gwiazdy, planety, a także monitorować zmiany geologiczne na powierzchni planet. W przyszłości będzie ona kluczowym narzędziem w szybkim przetwarzaniu tych danych i podejmowaniu decyzji dotyczących dalszych badań.

Przyszłość eksploracji międzygwiezdnej – w miarę jak naukowcy będą planować misje poza granice Układu Słonecznego, AI stanie się niezbędna do zarządzania tymi ekstremalnie długoterminowymi misjami. Systemy sztucznej inteligencji będą musiały zarządzać wszystkimi aspektami misji, od autonomicznego nawigowania przez analizę danych po planowanie zasobów. Może ona również pełnić funkcje w wyszukiwaniu planet potencjalnie nadających się do zamieszkania, analizując warunki atmosferyczne i geologiczne w odległych regionach kosmosu.

Przyszłe wykorzystanie sztucznej inteligencji w kosmosie będzie istotne dla realizacji bardziej złożonych misji, autonomii systemów kosmicznych oraz wsparcia dla astronautów. Autonomiczne systemy nawigacyjne, zarządzanie satelitami, optymalizacja przetwarzania danych oraz eksploracja planet i asteroid to tylko niektóre z obszarów, w których wykorzystanie AI będzie konieczne. W miarę rozwoju technologii, sztuczna inteligencja stanie się niezastąpionym narzędziem umożliwiającym ludzkości eksplorację dalszych obszarów kosmosu.