關(guān)于“航天系統(tǒng)”的認(rèn)識(shí)

馬衛(wèi)華 包為民 禹春梅 柳嘉潤(rùn) 李文婷 鞏慶海 司文杰

1.宇航技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100854 2.北京航天自動(dòng)控制研究所，北京 100854 3.航天智能技術(shù)創(chuàng)新中心，北京 100854 4.中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司，北京100048

1 航天系統(tǒng)的概念

當(dāng)前，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界十分關(guān)注航天系統(tǒng)[1-2]。航天控制系統(tǒng)面臨著飛行環(huán)境、外部干擾、飛行任務(wù)、自身模型、故障模式不確定帶來(lái)的諸多挑戰(zhàn)。魯棒控制、自適應(yīng)控制、協(xié)調(diào)解耦控制等現(xiàn)代控制方法在航天工程中得到了應(yīng)用。但未能全面而整體地解決問(wèn)題。有望成為給出系統(tǒng)性、綜合性解決方案的可行途徑。

航天系統(tǒng)是這樣的控制系統(tǒng)：通過(guò)智能技術(shù)的賦能，可使航天裝備變得更聰明，主要技術(shù)指標(biāo)得到顯著提升，或具備以往所不具備的能力；并能通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，使能力得到持續(xù)提升；從而適應(yīng)來(lái)自本體、環(huán)境和目標(biāo)的不確定性，完成復(fù)雜任務(wù)。

2 技術(shù)對(duì)航天裝備技術(shù)指標(biāo)的作用

航天裝備具有多維度、多層級(jí)的指標(biāo)體系。智能[3-4]控制技術(shù)將顯著提升精度、射程適應(yīng)性、使用性能、通用質(zhì)量特性等方面指標(biāo)；同時(shí)，智能感知、在線故障辨識(shí)與重構(gòu)、在線軌跡規(guī)劃與任務(wù)規(guī)劃、軟件定義裝備、群體協(xié)同、持續(xù)學(xué)習(xí)等新技術(shù)的突破，還將催生全新的技術(shù)指標(biāo)。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)對(duì)航天裝備技術(shù)指標(biāo)的作用

我們認(rèn)為，若一型航天裝備能在上述指標(biāo)中滿足2個(gè)及以上，則可稱之為“智能航天裝備”。國(guó)外一些運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈[5]，不同程度地具備了目標(biāo)識(shí)別、威脅規(guī)避、故障診斷等典型的智能化能力，如表1所列。

表1 國(guó)外典型智能化火箭、導(dǎo)彈的能力特征

注：√代表具備，×代表不具備此項(xiàng)能力，——代表該項(xiàng)能力未知

2.1 顯著提升現(xiàn)有技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 飛行軌跡適應(yīng)性

現(xiàn)有的航天裝備往往需要預(yù)先設(shè)定參考軌跡，飛行中控制系統(tǒng)克服各種不確定因素，使飛行器沿預(yù)設(shè)軌跡飛行。在智能技術(shù)的支持下，航天裝備可以將飛行中測(cè)量獲得的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等信息納入閉環(huán)控制，根據(jù)飛行任務(wù)，在滿足過(guò)程約束、終端約束的前提下，通過(guò)制導(dǎo)控制律在線優(yōu)化、軌跡在線規(guī)劃等手段，拓寬飛行軌跡變換范圍；或者能在更寬的參數(shù)散布下保證原有的指標(biāo)。

2.1.2 使用性能

航天裝備往往在環(huán)境惡劣、態(tài)勢(shì)多變、事關(guān)生死的對(duì)抗條件下使用。發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間、射前對(duì)準(zhǔn)條件、熱待機(jī)時(shí)間等均是體現(xiàn)使用性能的典型指標(biāo)。

發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間是指從接到發(fā)射準(zhǔn)備指令或進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)地開(kāi)始，到將航天裝備發(fā)射出去的時(shí)間。這主要取決于發(fā)射前測(cè)試、對(duì)準(zhǔn)和諸元計(jì)算。采用智能規(guī)劃等方式，可優(yōu)化射前測(cè)試流程，從而縮短發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間。在智能算法、強(qiáng)大算力的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以在線軌跡規(guī)劃為核心的非程序飛行方式，可簡(jiǎn)化甚至取消射前諸元計(jì)算，大幅縮短發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間，提升應(yīng)急響應(yīng)能力。

采用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等手段，對(duì)同型同批次航天裝備實(shí)飛實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、同一裝備歷史測(cè)試與在線測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的分析，從而實(shí)現(xiàn)慣性測(cè)量系統(tǒng)誤差模型的智能化分析與在線模型修正，降低對(duì)射前對(duì)準(zhǔn)、初始定位定向的環(huán)境與時(shí)間的要求，或使得航天裝備在更長(zhǎng)的連續(xù)加電時(shí)間或熱待機(jī)時(shí)間下仍能保持所需精度。

2.1.3 通用質(zhì)量特性

裝備的通用質(zhì)量特性即可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性[6]。通用質(zhì)量特性是影響裝備效能的重要因素。

在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，將啟發(fā)式尋優(yōu)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等智能算法引入控制參數(shù)優(yōu)化、測(cè)試點(diǎn)選取、測(cè)試流程規(guī)劃、指標(biāo)分配等環(huán)節(jié)，可以為設(shè)計(jì)者提供更強(qiáng)大的設(shè)計(jì)手段，提升通用質(zhì)量特性。

在控制系統(tǒng)的測(cè)試中，采用基于測(cè)試性模型的流程優(yōu)化、基于數(shù)據(jù)挖掘的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、融入歷史故障信息的故障檢測(cè)等智能化測(cè)試手段，縮短訓(xùn)練中和發(fā)射前的測(cè)試時(shí)間，可提升控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)率，減少虛警，提升保障能力。

2.2 提出全新的技術(shù)指標(biāo)

2.2.1 智能感知方面

航天裝備的精確飛行離不開(kāi)對(duì)目標(biāo)與場(chǎng)景的感知。傳統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別算法對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景的適應(yīng)性差，一種算法只適用于一類目標(biāo)，這也導(dǎo)致研發(fā)周期長(zhǎng)。引入以深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的智能識(shí)別技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行特征建模的思路，以“端到端”的方式，通過(guò)實(shí)測(cè)與仿真生成的方式形成大量樣本，用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，解決復(fù)雜場(chǎng)景下多種目標(biāo)高可靠檢測(cè)識(shí)別問(wèn)題，使得一套算法可適應(yīng)多種目標(biāo)類型與成像體制，且其性能可通過(guò)地面訓(xùn)練而持續(xù)提升、快速升級(jí)。

航天系統(tǒng)將消除射前需要基準(zhǔn)圖的保障需求，提出一套模型檢測(cè)多類目標(biāo)等新的技術(shù)指標(biāo)。

2.2.2 在線故障辨識(shí)與重構(gòu)方面

航天裝備是多個(gè)系統(tǒng)組成的復(fù)雜裝備，飛行中故障難以完全避免，而飛行中的故障辨識(shí)仍是難題。采用決策樹(shù)、支持向量機(jī)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法，依托綜合電子架構(gòu)與分布式計(jì)算能力，可綜合分析飛行中的動(dòng)力系統(tǒng)、飛行環(huán)境和飛行控制等信息，實(shí)現(xiàn)故障的在線辨識(shí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在線能力評(píng)估、以及控制律重構(gòu)，從而在一些非致命的故障情況下仍能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。

航天系統(tǒng)將提出在線適應(yīng)故障能力等新的技術(shù)指標(biāo)。

2.2.3 在線規(guī)劃方面

在智能優(yōu)化等技術(shù)手段的支持下，可使航天裝備具有在線軌跡規(guī)劃的能力。這已在一些演示飛行試驗(yàn)中得到了原理性驗(yàn)證。當(dāng)飛行中出現(xiàn)非致命故障時(shí)，在線軌跡規(guī)劃將提供進(jìn)一步的應(yīng)對(duì)手段。當(dāng)航天裝備在飛行中識(shí)別到新的禁/避飛區(qū)時(shí)，在線軌跡規(guī)劃可及時(shí)生成規(guī)避飛行路線；在多航天器協(xié)同飛行的場(chǎng)景下，使之具備飛行中更改目標(biāo)的能力，從而使得多體協(xié)同更靈活。

在軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上，運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)、博弈論等方法，可使航天裝備具備在線任務(wù)規(guī)劃的能力。具體包括運(yùn)載任務(wù)的自適應(yīng)降級(jí)、飛行中時(shí)序動(dòng)作的智能浮動(dòng)、飛行機(jī)動(dòng)動(dòng)作的智能選擇、探測(cè)波束的智能規(guī)劃等形式。智能任務(wù)規(guī)劃將使航天裝備更適應(yīng)對(duì)抗、快變的外部態(tài)勢(shì)。

航天系統(tǒng)將提出任務(wù)變更或規(guī)避威脅態(tài)勢(shì)等新的技術(shù)指標(biāo)。

2.2.4 軟件定義裝備方面

智能技術(shù)為軟件定義裝備提供了廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。航天裝備上的硬件種類增多、算法迭代進(jìn)化加快、任務(wù)要求也愈加復(fù)雜。軟件定義裝備技術(shù)利用硬件資源虛擬化、系統(tǒng)軟件平臺(tái)化、應(yīng)用軟件多樣化的思想，將硬件封裝成易于管理、分配、使用的資源，將實(shí)體硬件抽象成虛擬化、可調(diào)度的資源池，對(duì)資源高效管理、靈活調(diào)用。基于軟件定義裝備技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能的定制與擴(kuò)展，能夠以可重構(gòu)硬件平臺(tái)滿足各種不同的任務(wù)需求，支持新算法的快速部署、以及裝備能力的快速升級(jí)。

航天系統(tǒng)將提出一型多用等新的技術(shù)指標(biāo)。

2.2.5 群體協(xié)同方面

群體協(xié)同將成為航天裝備執(zhí)行任務(wù)能力的倍增器。群體協(xié)同面對(duì)多任務(wù)需求、外部態(tài)勢(shì)復(fù)雜快變、強(qiáng)對(duì)抗、信息不完備等挑戰(zhàn)。目前，航天裝備協(xié)同配合的智能化程度還較低。同型多裝備、多型多裝備、多型多波次等形式的協(xié)同與合作需要增強(qiáng)群體的智能化程度，達(dá)到“整體大于局部之和”的效果。多體之間協(xié)同與合作可以在信息感知、運(yùn)動(dòng)一致、行為協(xié)同等多個(gè)層級(jí)開(kāi)展，包括協(xié)同探測(cè)感知、協(xié)同編隊(duì)控制、協(xié)同軌跡規(guī)劃、協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策等多種樣式。

航天系統(tǒng)將提出協(xié)同組網(wǎng)、協(xié)同探測(cè)、協(xié)同規(guī)劃與決策等新的技術(shù)指標(biāo)。

2.2.6 將提出持續(xù)學(xué)習(xí)方面的新指標(biāo)

持續(xù)學(xué)習(xí)能力是航天裝備能力持續(xù)提升的保證。傳統(tǒng)裝備需要通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的更新?lián)Q代或局部的軟硬件升級(jí)來(lái)提升技術(shù)指標(biāo)。在增量學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、小樣本學(xué)習(xí)等新型機(jī)器學(xué)習(xí)理論方法成果的支撐下，可具備持續(xù)學(xué)習(xí)的能力，利用全生命周期中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，持續(xù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和改進(jìn)。這些數(shù)據(jù)來(lái)自同型同批次、同型異批次、同族異型的裝備，來(lái)自仿真試驗(yàn)、地面測(cè)試、日常演練、飛行試驗(yàn)全生命周期。持續(xù)學(xué)習(xí)可實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)積累和遷移應(yīng)用，大大增強(qiáng)裝備對(duì)環(huán)境、本體和任務(wù)的適應(yīng)能力。

航天系統(tǒng)將提出持續(xù)學(xué)習(xí)范圍、持續(xù)學(xué)習(xí)效率、新工況適應(yīng)性等新的技術(shù)指標(biāo)。

3 航天系統(tǒng)的能力特征

從智能技術(shù)賦能的角度，可將航天系統(tǒng)的能力特征歸納為以下5個(gè)方面[7]。

3.1 感知與理解能力

“感知”包括感覺(jué)和知覺(jué)。感覺(jué)是對(duì)客觀事物個(gè)別屬性的反映，知覺(jué)則是整體反映。“理解”則是比感知更復(fù)雜、更抽象的一種信息處理能力。

航天的感知與理解包括環(huán)境感知、態(tài)勢(shì)感知、自主導(dǎo)航、本體感知、飛行中故障檢測(cè)與健康監(jiān)測(cè)、目標(biāo)探測(cè)與感知。

3.2 運(yùn)動(dòng)與控制能力

運(yùn)動(dòng)能力是指自主系統(tǒng)改變自身空間位置的能力，具有快速性、敏捷性、機(jī)動(dòng)性等屬性。控制能力是指自主系統(tǒng)改變自身狀態(tài)去適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，通過(guò)主動(dòng)地對(duì)自身或外界環(huán)境施加影響，達(dá)到期望的控制目的。

航天的運(yùn)動(dòng)與控制包括姿態(tài)控制、精確制導(dǎo)和跨域飛行等。

3.3 學(xué)習(xí)與適應(yīng)能力

學(xué)習(xí)是指對(duì)信息進(jìn)行處理、加工和提煉，形成自身所掌握的知識(shí)。適應(yīng)是主動(dòng)地調(diào)整或改變自身的參數(shù)、狀態(tài)甚至結(jié)構(gòu)，改良自身的行為特征，以適應(yīng)各種不確定性或內(nèi)外部變化。

航天系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與適應(yīng)包括對(duì)象特性自主修模與建模、運(yùn)動(dòng)控制自適應(yīng)、系統(tǒng)重構(gòu)與任務(wù)重構(gòu)、自主持續(xù)學(xué)習(xí)等。

3.4 規(guī)劃與決策能力

規(guī)劃是指計(jì)算一系列有序行動(dòng)的過(guò)程，能使世界由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕麪顟B(tài)，最優(yōu)地分配資源，滿足硬約束、優(yōu)化軟約束。決策是指做出決定或選擇，在各種替代方案中考慮各項(xiàng)因素做出選擇。規(guī)劃與決策能力水平體現(xiàn)了“預(yù)先設(shè)定”和“隨機(jī)應(yīng)變”的巨大區(qū)別。

航天系統(tǒng)的規(guī)劃與決策包括軌跡規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃與決策、動(dòng)作規(guī)劃、博弈對(duì)抗與輔助決策等。

3.5 溝通與協(xié)同能力

溝通是自發(fā)、主動(dòng)、有目的性的向其他主體傳遞信息。協(xié)同是指多個(gè)主體共同完成某一公共的目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)整體效益。溝通與協(xié)同是單個(gè)智能體與其他智能體進(jìn)行互動(dòng)的行為方式，它們是智能系統(tǒng)的高級(jí)屬性。

航天系統(tǒng)的溝通與協(xié)同包括對(duì)人類行為的感知、人機(jī)交互、信息互聯(lián)互通、多體的協(xié)同控制等。

4 航天的技術(shù)體系

航天系統(tǒng)的諸多能力需要相應(yīng)的技術(shù)來(lái)支撐實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，航天技術(shù)的研究方向主要包括以下7個(gè)方面。

智能感知與識(shí)別技術(shù)主要研究基于智能圖像處理的探測(cè)技術(shù)、信息高度融合的智能環(huán)境感知與態(tài)勢(shì)感知技術(shù)，包括飛行器本體的故障辨識(shí)，探索智能傳感器等新型感知手段、高級(jí)機(jī)器學(xué)習(xí)等前沿感知理論在航天中的創(chuàng)新應(yīng)用，使航天裝備看的更清、認(rèn)得更準(zhǔn)、感知維度更廣、認(rèn)知程度更深。

智能制導(dǎo)與控制技術(shù)主要研究包括可重構(gòu)制導(dǎo)與控制、非程序制導(dǎo)與控制、計(jì)算制導(dǎo)與控制、不依賴模型的自適應(yīng)控制等智能飛行控制技術(shù)，探索在線學(xué)習(xí)、自主演化、人機(jī)融合的智能理論與方法，使航天裝備飛得更巧、單體更優(yōu)。

智能規(guī)劃與決策技術(shù)主要研究智能軌跡規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃，以及非致命故障下的任務(wù)重構(gòu)決策、不完全信息下的博弈決策，使航天裝備規(guī)劃更巧、決策更靈。

智能協(xié)同與集群技術(shù)主要研究基于群體智能理論的智能組網(wǎng)、多體協(xié)同探測(cè)、協(xié)同軌跡規(guī)劃，使航天裝備協(xié)作更緊、群體更強(qiáng)。

智能計(jì)算與數(shù)據(jù)技術(shù)主要研究以分布式并行計(jì)算、高性能嵌入式計(jì)算等智能硬件技術(shù)，研究以模型驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、智能操作系統(tǒng)等智能軟件技術(shù)，優(yōu)化高性能航天計(jì)算軟硬件架構(gòu)，探索類腦智能計(jì)算、量子智能計(jì)算等前沿計(jì)算體制在航天中的創(chuàng)新應(yīng)用，使航天裝備算得更快、能耗更低、運(yùn)行更穩(wěn)、架構(gòu)更優(yōu)。

智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)主要研究在控制律參數(shù)設(shè)計(jì)、線路與電氣綜合設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等研發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)用智能化的方法和工具，提高設(shè)計(jì)工作的效率。隨著智能程度逐步提升，有可能接近或者超過(guò)優(yōu)秀設(shè)計(jì)師的水平。

智能測(cè)試與驗(yàn)證技術(shù)主要研究在控制系統(tǒng)或其部件的測(cè)試與試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)用智能方法和工具，輔助人們進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)或測(cè)試用例設(shè)計(jì)，以較低的代價(jià)進(jìn)一步提高測(cè)試與試驗(yàn)的覆蓋性；通過(guò)基于特征提取、數(shù)據(jù)挖掘等方法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以及試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析與輔助決策，提高測(cè)試與試驗(yàn)的工作效率；幫助設(shè)計(jì)師找出大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)關(guān)系和特征，提升對(duì)測(cè)試與試驗(yàn)結(jié)果分析的深度，進(jìn)而為被測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。

5 航天系統(tǒng)的架構(gòu)

基于上述分析，我們規(guī)劃了系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，包含3個(gè)層次：1)基于通用綜合電子系統(tǒng)的硬件組成；2)依托高性能計(jì)算能力、高速實(shí)時(shí)總線、分層解耦的軟件架構(gòu)形成的分布式處理能力，也就是“箭上云”；3)通過(guò)實(shí)施以深度學(xué)習(xí)為典型代表的智能算法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下自主目標(biāo)識(shí)別、智能飛行控制、在線規(guī)劃決策、智能規(guī)避與主動(dòng)突防、協(xié)同探測(cè)與攻擊等能力。

第1個(gè)層次的綜合電子系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將航天裝備的模塊化功能部件互聯(lián)，有機(jī)組合成為一個(gè)完整通用的多功能電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各類控制功能、系統(tǒng)信息的共享與綜合應(yīng)用、以及全系統(tǒng)資源的優(yōu)化重組。綜合電子系統(tǒng)中的模塊以多種標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊為基礎(chǔ)。可根據(jù)不同任務(wù)需求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊的組裝來(lái)組建系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，定義標(biāo)準(zhǔn)模塊中的計(jì)算模塊為綜合電子系統(tǒng)的計(jì)算與管理核心。系統(tǒng)中可需要配置多個(gè)通用計(jì)算模塊，從而形成能夠支撐故障重構(gòu)與任務(wù)遷移的分布式計(jì)算系統(tǒng)，并為各類上層智能化應(yīng)用提供硬件運(yùn)行平臺(tái)。

第2個(gè)層次采用分層解耦的軟件架構(gòu)，由操作系統(tǒng)抽象層、框架層、應(yīng)用層組成。操作系統(tǒng)抽象層對(duì)操作系統(tǒng)集合的標(biāo)準(zhǔn)接口及通用功能進(jìn)行抽象和封裝，用于隔離底層硬件的差異及對(duì)上層框架提供支持，基于分區(qū)等技術(shù)對(duì)不同關(guān)鍵等級(jí)的任務(wù)進(jìn)行時(shí)間與空間的隔離，通過(guò)分布式虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于多核、多處理器的計(jì)算資源統(tǒng)一管理與優(yōu)化利用。框架層為應(yīng)用支持層，由領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景抽象而來(lái)，提供應(yīng)用層軟件及服務(wù)所需的運(yùn)行機(jī)制與核心執(zhí)行邏輯，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口。在應(yīng)用層中，通過(guò)底層運(yùn)行框架的支持形成的業(yè)務(wù)框架與系統(tǒng)級(jí)服務(wù)組件，集成智能領(lǐng)域相關(guān)算法，提高軟件開(kāi)發(fā)效率與系統(tǒng)健壯性。

第3個(gè)層次的智能算法面向干擾復(fù)雜的場(chǎng)景，存在模型不確定、信息不完整、規(guī)則不確定、時(shí)間強(qiáng)約束等特點(diǎn)，需要突破非程序制導(dǎo)與控制、智能優(yōu)化、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、模糊控制、微分博弈制導(dǎo)控制等一系列新型算法，通過(guò)關(guān)鍵核心算法的硬件化、共性算法的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化描述等方面的工作，在工程中切實(shí)解決困擾我們裝備效能整體提升的瓶頸難題。

6 航天系統(tǒng)的發(fā)展展望

航天系統(tǒng)的發(fā)展將是航天控制系統(tǒng)與人工智能理論與技術(shù)成果不斷融合的過(guò)程。結(jié)合當(dāng)今發(fā)展態(tài)勢(shì)，我們預(yù)判，航天系統(tǒng)將經(jīng)歷如圖2所示的發(fā)展階段。

從當(dāng)前至2020年左右，可稱為“航天智控1.0”階段。在個(gè)體智能方面，對(duì)控制系統(tǒng)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化的升級(jí)改造，以提升航天裝備應(yīng)對(duì)各種不確定性和變化的適應(yīng)能力。在群體智能方面，將打通裝備間信息交互的通訊鏈路，實(shí)現(xiàn)航天裝備與其他節(jié)點(diǎn)的信息組網(wǎng)。

到2025年左右，可稱為“航天智控2.0”階段。在個(gè)體智能方面，控制系統(tǒng)將具備更強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，可以跟隨、模仿，能夠?qū)W習(xí)優(yōu)秀范例，航天裝備將成為可學(xué)習(xí)、可訓(xùn)練的裝備。在群體智能方面，將實(shí)現(xiàn)協(xié)同探測(cè)、協(xié)同態(tài)勢(shì)感知、編隊(duì)飛行等協(xié)作能力。

圖2 航天系統(tǒng)的發(fā)展展望

到2030年左右，可稱為“航天智控3.0”階段。在個(gè)體智能方面，控制系統(tǒng)將具備以想象為代表的抽象思維能力，可以類比、聯(lián)想，實(shí)現(xiàn)舉一反三。在群體智能方面，將在快變化、強(qiáng)干擾、信息不完整等強(qiáng)對(duì)抗條件下實(shí)現(xiàn)群體智能博弈。

到2035年左右，可稱為“航天智控4.0”階段。在個(gè)體智能方面，控制系統(tǒng)將具備以進(jìn)化為代表的更強(qiáng)抽象思維能力，不僅可以自主地解決問(wèn)題，甚至可以自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而不斷地自進(jìn)化和自增強(qiáng)。在人機(jī)混合智能方面，在前幾個(gè)階段開(kāi)展探索性研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)人類智能與機(jī)器智能的混合增強(qiáng)，航天裝備將能更深度地與人類智能共存共融。

近期，將更多呈現(xiàn)出改良式特征，基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的、擅長(zhǎng)單個(gè)具體任務(wù)的“弱人工智能”技術(shù)不斷應(yīng)用于航天控制系統(tǒng)，基于原有架構(gòu)、樣式、流程等范式進(jìn)行局部的改善、增強(qiáng)、提升，可稱之為“航天控制+智能”階段。遠(yuǎn)期，則將更多呈現(xiàn)出革命性特征，任務(wù)通用性和思維能力更強(qiáng)的“強(qiáng)人工智能”技術(shù)逐漸出現(xiàn)，航天控制系統(tǒng)原有范式可能被顛覆、變革、換代，可稱之為“智能+航天控制”階段。

7 結(jié)束語(yǔ)

提出了航天系統(tǒng)的概念，分析了技術(shù)對(duì)航天裝備技術(shù)指標(biāo)的作用，并提出“智能航天裝備”的判定依據(jù)。航天系統(tǒng)的發(fā)展將是漸進(jìn)的過(guò)程，隨著航天控制系統(tǒng)與人工智能理論及技術(shù)成果的不斷結(jié)合，將逐步具備學(xué)習(xí)、泛化、演化等思維能力，支撐航天裝備跨越發(fā)展。