|
Разработана концепция встреч с межзвездными объектами
|
|
|
|
Межзвездные объекты являются одним из последних неизученных классов объектов Солнечной системы, содержащих интересную информацию о примитивных материалах из экзопланетных звездных систем. Они пролетают через нашу солнечную систему только раз в жизни со скоростью в десятки километров в секунду, что делает их неуловимыми.
|
|
|
|
Хироясу Цукамото (Hiroyasu Tsukamoto), преподаватель кафедры аэрокосмической инженерии инженерного колледжа Грейнджер Иллинойского университета в Урбане-Шампейне, разработал систему нейронного сближения (Neural-Rendezvous) — систему наведения и контроля на основе глубокого обучения, позволяющую автономно взаимодействовать с этими чрезвычайно быстро движущимися объектами. Исследование опубликовано в журнале "Руководство, контроль и динамика" и на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
"Человеческий мозг обладает многими способностями: говорить, писать и так далее", - сказал Цукамото. "Глубокое обучение создает мозг, специализирующийся на одной из этих способностей, обладающий знаниями в конкретной предметной области. В этом случае система Neural-Rendezvous запоминает всю информацию, необходимую для работы с ISO, а также учитывает критический для безопасности и дорогостоящий характер космических исследований".
|
|
|
|
Цукамото сказал, что нейронное рандеву основано на теории сжатия для нелинейных систем управления, управляемых данными, которую он разработал для получения докторской степени в Калифорнийском технологическом институте, в то время как этот проект был разработан в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения НАСА, где он работал в качестве постдокторского научного сотрудника.
|
|
|
|
|
|
|
"Наш ключевой вклад заключается не только в разработке специализированного мозга, но и в математическом доказательстве того, что он работает. Например, на примере человеческого мозга мы на собственном опыте узнаем, как безопасно ориентироваться за рулем. Но какая математика стоит за этим? Откуда мы знаем и как можем быть уверены, что ни в кого не попадем?"
|
|
|
|
В космосе нейронная система рандеву автономно предсказывает наилучшие действия космического аппарата на основе данных, но с формальной вероятностной привязкой расстояния до цели ISO.
|
|
|
|
Цукамото сказал, что существуют две основные проблемы: Межзвездный объект - это высокоэнергетическая высокоскоростная цель, и его траектория всегда слабо ограничена из-за непредсказуемого характера его визита.
|
|
|
|
"Мы пытаемся обнаружить астрономический объект, который пролетит через нашу Солнечную систему всего один раз, и мы не хотим упускать такую возможность. Несмотря на то, что мы можем заранее приблизить динамику ISO'ов, их состояние по-прежнему остается неопределенным, поскольку мы не можем предсказать время их появления. Это непростая задача".
|
|
|
|
Скорость и неопределенность столкновений с ИСО также являются причиной того, что космический аппарат должен быть способен мыслить самостоятельно.
|
|
|
|
"В отличие от традиционных подходов, при которых вы проектируете практически все до запуска космического корабля, чтобы столкнуться с ISO, космический корабль должен иметь что-то вроде человеческого мозга, специально разработанного для этой миссии, чтобы полностью реагировать на данные на борту в режиме реального времени".
|
|
|
|
Цукамото также продемонстрировал нейронное сближение с использованием симуляторов нескольких космических аппаратов под названием M-STAR и крошечных беспилотных летательных аппаратов под названием Crazyflies. Пока он работал в JPL, два студента аэрокосмического факультета из Иллинойса, Арна Бхардвадж и Шишир Бхатта, связались с ним, чтобы предложить поработать над исследовательским проектом с использованием нейронного рандеву.
|
|
|
|
"Из-за скорости и неопределенности сложно получить четкое представление об ISO во время облета со 100% точностью, даже с помощью нейронного сближения. Арна и Шишир хотели показать, что концепция нейронного сближения с несколькими космическими аппаратами может принести пользу".
|
|
|
|
Чтобы теоретически обосновать эмпирические наблюдения, полученные в ходе демонстраций M-STAR и Crazyfly, в их исследовании рассматривался вопрос о том, как математически максимизировать информацию, полученную при столкновении с ISO, используя рой космических аппаратов.
|
|
|
|
"Теперь у нас есть дополнительный уровень принятия решений во время встречи с ISO", - сказал Цукамото. "Как оптимально расположить несколько космических аппаратов, чтобы максимально увеличить объем информации, которую вы можете извлечь из них? Их решение состояло в том, чтобы распределить космические аппараты таким образом, чтобы визуально охватить область с высокой вероятностью нахождения ИСО, которая управляется нейронной связью".
|
|
|
|
Цукамото сказал, что он был впечатлен уровнем преданности делу и академическим потенциалом, продемонстрированными Бхардваджем и Бхаттой.
|
|
|
|
"Темы, изучаемые в Neural-Rendezvous, могут быть продвинуты даже для аспирантов. Арна и Шишир были очень продуктивны и усердно трудились, и я был удивлен, увидев, что они опубликовали статью, учитывая, что изначально эта область была для них совершенно новой. Они проделали отличную работу.
|
|
|
|
- И хотя нейронное рандеву - это скорее теоретическая концепция, их работа - наша первая попытка сделать его гораздо более полезным и практичным".
|
|
|
|
Источник
|
