在國(guó)際空間站（ISS）的復(fù)雜環(huán)境中，一套創(chuàng)新的自主導(dǎo)航系統(tǒng)近日成功完成測(cè)試，為太空機(jī)器人的未來發(fā)展開辟了新路徑。斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以立方體形自由飛行機(jī)器人“Astrobee”為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，首次驗(yàn)證了基于機(jī)器學(xué)習(xí)與序列凸規(guī)劃的混合控制系統(tǒng)，使其能夠在無需宇航員直接干預(yù)的情況下，自主穿越空間站內(nèi)部密集的設(shè)備區(qū)域。

國(guó)際空間站內(nèi)部布滿儲(chǔ)物架、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、線纜及計(jì)算機(jī)，其狹窄通道與密集結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃提出了極高要求。傳統(tǒng)地面算法難以直接應(yīng)用于太空?qǐng)鼍?，一方面受限于星載計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源，另一方面需應(yīng)對(duì)太空環(huán)境特有的不確定性。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人索姆麗塔?班納吉指出：“太空機(jī)器人的安全約束比地面更嚴(yán)格，任何碰撞都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的系統(tǒng)融合了序列凸規(guī)劃的優(yōu)化能力與機(jī)器學(xué)習(xí)的快速?zèng)Q策優(yōu)勢(shì)。通過數(shù)千次歷史路徑數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，模型能夠?yàn)閮?yōu)化算法提供“熱啟動(dòng)”初始值，將原本需從零開始的計(jì)算過程轉(zhuǎn)化為基于經(jīng)驗(yàn)的高效迭代。這一方法顯著縮短了規(guī)劃時(shí)間——在涉及復(fù)雜旋轉(zhuǎn)或狹小空間穿行的場(chǎng)景中，系統(tǒng)響應(yīng)速度提升了50%至60%。班納吉比喻道：“就像規(guī)劃跨城路線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先參考常用道路，再根據(jù)實(shí)時(shí)路況調(diào)整方案。”

實(shí)驗(yàn)過程中，宇航員僅需完成初始設(shè)置與設(shè)備回收，地面團(tuán)隊(duì)則通過遠(yuǎn)程指令控制機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)。研究團(tuán)隊(duì)在空間站測(cè)試了18條飛行軌跡，每條軌跡分別采用傳統(tǒng)“冷啟動(dòng)”與AI驅(qū)動(dòng)“熱啟動(dòng)”方式各執(zhí)行一次。結(jié)果顯示，新系統(tǒng)在處理高難度機(jī)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)尤為突出，例如繞過障礙物時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力與狹窄通道中的精準(zhǔn)定位。

該技術(shù)已通過NASA技術(shù)就緒等級(jí)（TRL）5級(jí)認(rèn)證，標(biāo)志著其具備在真實(shí)太空環(huán)境中應(yīng)用的條件。這一突破為未來深空任務(wù)奠定了基礎(chǔ)：隨著機(jī)器人探索范圍擴(kuò)展至月球基地或火星軌道，地面遙操作的延遲問題將愈發(fā)突出，自主決策能力將成為關(guān)鍵。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步升級(jí)系統(tǒng)，引入更先進(jìn)的人工智能架構(gòu)，以應(yīng)對(duì)深空環(huán)境中更復(fù)雜的未知挑戰(zhàn)。

目前，該技術(shù)已引發(fā)航天領(lǐng)域廣泛關(guān)注。NASA艾姆斯研究中心的微重力模擬平臺(tái)此前已完成地面驗(yàn)證，而此次空間站實(shí)驗(yàn)的成功則證明了其在實(shí)際任務(wù)中的可靠性。隨著太空探索向自動(dòng)化、低成本化方向發(fā)展，這類自主導(dǎo)航系統(tǒng)有望成為未來太空任務(wù)的核心組件，減少對(duì)人類操作的依賴，同時(shí)降低任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)與成本。