2020年中国首探火星！人工智能如何成为外星生命的探路者？

历史上人类探测火星已有45次，但成功的只有18次。

文 |  小LV

公众号 | AI星球

探测火星生命一直是火星探测的主旋律。最近几天，中国将在2020年探测火星的消息不胫而走。中国科学院院士“嫦娥之父”欧阳自远说，此次火星之行的任务主要有三个：

• 探测火星上的生命活动信息；

• 火星磁层、电离层与大气层的探测，以及环境科学等本体科学研究；

• 探讨火星的长期改造与今后建立人类第二个栖息地的前景。

火星是太阳系中离地球最近、最有可能存在或者曾经存在地外生命的行星。

1976年7月，世界上第一台探测火星微生物的着陆器“海盗1号”，成功将火星上的数据传回地球，表明火星的大气里有形成生命的基本元素：碳、氢、氧、氮和水蒸气。

20年后，NASA研究小组在火星陨石ALH 84001里发现了第一个有机分子，此外，还发现了一些生物活性的矿物质特征等部分可靠的证据，证明火星过去生命迹象的存在。

坠入地球的火星陨石ALH 84001

2003年，美国“机遇号”和“勇气号”火星车在火星表面探测到一种类似地球河床的结构，从而判断这里远古时期曾有过孕育生命的基本要素——水流。

因此从长期来看，火星有可能成为“另一个”供人们移居的星球。

2002年，埃隆·马斯克就成立SpaceX（太空探索技术公司）开启了研究移民火星的相关技术，并计划2025年将第一批人类送到火星。

相对来说，NASA则保守一些，它将人类登上火星的时间表推到了2030年之后。

不过，先不说移民火星，光是发射火星探测器的条件就极为苛刻——只有地球和火星之间的夹角为70°时才能发射，且这样的机会每隔26个月才有一次。

就像欧阳自远说的：

“人类探测火星已有45次，但成功的只有18次，成功率只有40%。火星探测不是说你想什么时候发射就发射。每隔26个月才有一次机会。你丢了这个机会，对不起，两年零两个月以后才能再发射一次，否则到不了火星”。

时机成熟后，由于火星距离地球遥远，约为6000万～4亿公里，探测器要飞数亿公里才能到达，因此对发射、控制、通信等技术等要求就非常高。

NASA火星探测器“洞察号”

在探测器切入火星轨道的过程中，如果切入点离火星太远，就不能被火星引力捕获；如果切入点离火星太近，则很可能坠毁于火星大气层。

此外，火星探测器还需配备可靠性更高的通信设备，即便这样，仍有不少火星探测器因通信故障在太空中失联。

2011年11月，中国火星探测计划中的第一颗火星探测器“萤火一号”成功发射，但由于俄方探测器未能实现成功变轨，最终于2012年1月坠毁于太平洋。

在火星探测这个领域，美国的NASA一直都是走在最前沿的。

2018年，NASA就表示将于2020年7月发射新一代火星探测器——它不仅会在火星上探索微生命迹象为人类寻找宜居的环境，还将收集岩石和土壤样本。

此前，整个收集任务需要NASA耗费8个小时通过“深空网络”来发送指令，比如告诉“好奇号”什么时候该起床、需要多长时间来预热它的仪器，以及如何避开那些可能会让它车轮受损的岩石。

NASA火星探测器“好奇号”

为了不让探测器浪费太多等待指令的时间，NASA科学家决定通过——人工智能“赋予”它更多的自主能力，而不是时时刻刻与它保持联系。

为此，科学家们2015年10月从地面上传了一款名为“AEGIS”的软件，它允许探测器被训练去识别科学家想要让它在火星上探究那些有特性的岩石——这项技术是AI在远程探测领域跨出的第一步。

当系统接收了类似“去那边，然后对岩石进行取样”的指令后，探测器即使不需要人类研究员的指示，也能独自完成任务、寻找岩石和土壤样本了。

“好奇号”在火星

AEGIS系统主要由化学相机（ChamCam）和导航摄像机来工作。软件使用化学相机来捕捉图像，在框架内识别物体的边缘，还有寻找能连接创建loop指令的边缘，判断哪些是岩石。

当然，AEGIS也难免会有状态不佳的时候，它会“误导”探测器误将岩石的阴影识别成岩石轮廓的一部分。

AEGIS 系统2016年5月13日到2019年4月7日间总共被使用了54次。在这之前，“好奇号”只有24%的概率能命中科学家感兴趣的目标，现在的准确率则是93%。

此外，过去从地球传信号到火星花费的等待时间也被填补起来——过去探测器在等待任务的传达时“无所事事”，现在，它可以利用这个时间自己开到合适的位置，选择符合科学家预期的目标并获得数据。在地球的科学家们也能随时选择新的想要采集的目标。

除了火星，“人工智能”的价值也被发挥在更多太空领域。2003年，NASA就在它的“地球观测1号卫星”上使用了人工智能技术。

这是一个名叫“自主科学卫星技术试验（Autonomous Sciencecraft Experiment，ASE）”的仪器，它能够帮助科学家在地球表面寻找有价值的事件，例如火山爆发等危机情况，这样就能以更快的速度向陆地上的人类发出警报。

自主科学卫星技术试验（Autonomous Sciencecraft Experiment，ASE）

2017年4月，NASA发现了木星卫星“木卫二”以及土星卫星“土卫二”具备存在生命的条件，其中土卫二更是被发现从地下海洋中涌出氢气——意味着这颗卫星拥有生命所需的水、能源、化学元素等重要元素。

在人工智能技术的加持下，研究员可以在这颗卫星上放入一艘潜艇，除了保持大约一个月的通信外，其他时间就交给它独立探索。

当然，这个过程中，它需要被提前“告知”例如，“哪些温度下的漫游是安全的？”、“如何避开障碍物？”、“哪些目标值得被挖掘？”等问题。

此外，NASA还有一个更宏伟的“彗星漫游（Comet Hitchhiker）”计划。当一个可以搭乘彗星便车的宇宙飞船进行外太阳系的探索时，随着飞船离地球的距离越来越远，其与陆地工程师的沟通时间也越来越长。

此时，人工智能系统则可以更有针对性地选择目标信息，将数据发送给地球。