观点

智能控制将成为“航天+智能”的重要抓手

在已经步入的“太空经济”新时代，中国的航天智能技术应如何发展?

中国科学院院士、中国航天科技集团科技委主任包为民认为，世界航天的发展正在迈进崭新的“太空经济”时代。所谓“太空经济”，是指各种太空活动所创造的产品、服务市场以及形成的相关产业，空间技术与产品、卫星应用、太空资源利用、太空能源、航天支援与保障服务等都属于太空经济范畴。它是一种崭新的业态，因太空资源无穷无尽而潜力巨大。一些大国围绕“太空经济”展开的新一轮竞争，已经拓展到了空间的能源利用、资源开发和空间医疗等领域。各国航天探索的范围基本都在月球、小行星和火星，其中“地月空间”是探索的主要领域，也是未来各国航天业发展的战略空间。

目前，我国航天业存在的挑战有飞行环境的不确定性、应对故障的不确定性、应对干扰的不确定性以及对自身模型的不确定性4个方面。要解决这些难题，航天科技必须与“智能”相结合，研制新型的“自动化智能控制系统”。“智能控制”会成为“航天+智能”发展战略的重要抓手。

发展航天器自动化智能控制系统必须结合两方面：一方面要与材料科学、计算科学、数理逻辑科学、信息科学、认知科学、脑科学等学科进行交叉融合，提升“智能控制”的能力和水平；另一方面要与深度学习、云计算、大数据等前沿技术深度交叉融合。唯有如此，航天控制器的可学习、可训练和可演进的性能才能被实现。

自动化智能控制系统能让飞行器在遇到障碍时自行绕路，发生故障时自动修复，遇到外太空干扰时自行排除。它的智能感知性能可以使航天器耳聪目明，智能控制性能可以使航天器随遇而安，智能飞行性能可以使航天器闲庭信步，智能的不断迭代可使我国航天器性能领先于世界。自动化智能控制系统会让我国的航天器飞得更远、更安全和更高效。

包为民表示，目前中国在轨卫星数量已超过俄罗斯，仅次于美国，而且性能上已经接近或者相当于国际先进水平；到2022年前后，我国将建立首个长期有人照料的空间站。

人工智能与自动化结合将使工业环节产生变革

2019年1月10日，由中国自动化学会联合中国科学院自动化研究所、工业和信息化部与中国人工智能产业发展联盟主办的2019国家智能产业峰会在山东青岛召开。峰会以“工业智联网：AI赋能，智联世界”为主题，旨在使广大从业人员更好地理解工业智联网本质，挖掘工业智联网潜在能效，进而推动智能产业发展。

会上，中国工程院院士、东北大学学术委员会主任柴天佑指出，自动化与人工智能之间的共同点在于，都是通过机器延伸和增加人类的感知、认知、决策、执行的功能，增加人类认识世界和改造世界的能力，完成人类无法完成的特定任务或比人类更有效地完成特定任务。区别在于研究的对象与方法不同、实现的手段不同（算法和系统），且人工智能在短期内的核心经济影响是自动化以前无法完成的任务。

柴天佑认为，目前的工业人工智能是人工智能与自动化结合。工业人工智能可以增强劳动力素质、提高工作效率，更好地服务客户，使工业的各个环节产生变革，为先进制造带来新的希望。通过工业人工智能与数字设计相结合，将制造过程所需的信息无缝地结合到从原材料到产品的转换过程当中，从而形成一个高度互联的工业实体。通过一整套供应链系统横跨多个公司，智能制造通过对缺陷和故障的检测和纠正以确保产品质量的一致性和可追溯性。这些进步取决于强大的工业互联网创新和面向制造流程的机器学习算法，以及可在以信息为中心的一体化系统中即插即用的机床和控制系统。

类脑机：节能，促进相关学科发展

1981年，美国生物学家杰拉尔德·艾德曼提出了“综合神经建模”理论，这位科学家成为仿真生物大脑领域的先驱者。30多年来，人们花费了大量的精力、财力研究类脑算法、模型及配套硬件设施。以英国曼彻斯特大学计算机科学学院“激活”的世界上最大的“大脑”——SpiNNaker为例，该项目始建于2006年，迄今已花费了约1 500万欧元。类脑机为何能让人们如此着迷并为之付出诸多努力？

一方面，类脑机在低能耗方面具有显著的优势。人脑执行计算任务所消耗的能量要比目前通用计算机低很多。正如欧盟在其推出的《人类大脑计划》报告中指出，在处理等量任务时，目前没有任何人工系统能够媲美人脑的低能耗。人类大脑的能耗一般在20瓦左右，而一台笔记本电脑的能耗约为100瓦。这种差距在基于人工神经网络的人工智能上表现得更为明显。2016年，阿尔法狗与围棋九段棋手李世石进行比赛时，该人工智能程序的能耗达1兆瓦，将近人脑的5万倍。“现阶段类脑机的能耗虽无法降至人脑水平，但比人工神经网络节能。”中国科学院自动化研究所副所长刘成林表示。

另一方面，类脑机的研究可以促进脑科学和神经科学研究的发展。大脑是人身体中最复杂的器官，其神经结构和运行机理至今仍有很多不清楚的地方，靠影像手段难以直接观测。刘成林指出，类脑机作为模拟大脑的计算模型，通过计算产生的类似大脑的活动和智能行为，可以反过来为脑神经结构和功能的研究提供有益的启发。同时，脑科学和神经科学的进步也将促进类脑机向更高智能方向发展。

依托国家战略科技力量，助力长三角科创一体化发展

2018年10月24—25日，第六届“上海院士专家峰会” 在上海浦东召开。峰会以“新时代使命，长三角协同创新再出发”为主题，旨在分享关于全球创新中心城市和城市群的发展经验与研究思考，开启一场关于创新思想的头脑风暴，为长三角城市群协同创新献计献策。

会上，中国科学院南京分院院长、南京市科学技术协会副主席、中国科学院流域地理学重点实验室主任杨桂山表示，长三角担负着引领、带动长江经济带和高质量发展的使命。

杨桂山指出，在长三角科创融合上，需要从4个方面进行：

一是集聚长三角科技资源，建立长三角区域协同、优势互补、分工协作以及创新链和产业链联合的体系，发挥上海科创中心和张江综合性国家科学中心原始创新策源地的辐射作用。

二是在发挥上海创新策源地辐射带动基础上，能够发挥江苏、浙江、安徽产业优势，建设各具特色的产业科技创新中心和先进制造业基地，形成创新链合理分工。

三是合力打造以上海为核心节点，连接杭州湾、扬子江、皖江三大城市群的科创走廊，形成集聚示范的效应。

四是建立科技人才互通共享机制，消除跨区域人才的医疗、社保、养老等方面流动障碍，真正实现长三角科技创新体系的一体化融合发展，支撑长三角更高质量一体化。

光子通信技术或将应用于深空探测

2016年8月16日，我国的墨子号量子科学实验卫星发射升空。迄今为止，墨子号已成功完成3项既定目标——在国际上首次实现星地间量子通信，在1000千米尺度上验证了量子纠缠效应，在星地间实现了“拷贝不走样”的量子隐形传态。

墨子号卫星以每秒近8千米的速度绕地球转动，地面系统如何探测到它发出的光信号？

中国科学院院士、上海市科学技术协会副主席、中国科学院上海分院院长王建宇介绍说，其技术难度之大，相当于从上海打一束激光到北京的某扇窗户上，而且要持续打准。为此，中国科学院上海分院团队采用了天文望远镜高精度的空间观测技术以及卫星精准位置预报，并借助观测设备高精度跟踪装置，最终将误差控制在0.7角秒（1角秒=1/3600度）左右，实现了对墨子号卫星的精准捕获、跟踪和指向。运行2年多来，地面系统已捕获墨子号卫星1000次以上，成功率几乎为100%，高于欧洲、日本激光通信卫星的捕获成功率。

墨子号卫星成功运行后，我国正在准备研制轨道更高的量子通信卫星，力争实现更长距离的量子通信，使通信范围覆盖全国，让星地间量子通信进入应用阶段，这要求系统的灵敏度提高2个数量级以上。中国科学院上海分院科研团队将在国家和上海市的重大专项支持下，开展这方面的研发工作。

王建宇还介绍了一种全新的空间通信方式——光子通信技术，该技术将信息通过光的偏振调制到一个个由激光产生的光子中，可以让地面更快、更多地接收到来自宇宙深空的信息。这种技术比目前广泛采用的微波通信更先进，中国科学院上海分院科研团队正在这一国际上最热的光通信领域努力攻关。

未来，光子通信技术将应用于我国的深空探测。与微波通信相比，光子通信能通过尺寸更小的器件传输更多的数据，在月地通信、深空探测等领域具有很大的应用前景。王建宇表示，研究人员已为未来的深空探测准备了一个高容错编码方案，目前在实验过程中。