NASA探索人工智能用于空间通信

NASA航天器通常依靠人力控制的无线电系统与地球沟通。随着空间数据收集的增加，美国宇航局着眼于认知无线电，将人工智能注入到空间通信网络中，以满足需求并提高效率。

“现代空间通信系统使用复杂的软件来支持科学探索任务，”Janette C. Briones说，在克利夫兰的美国宇航局格伦研究中心的认知通信项目的主要研究者，俄亥俄。通过应用人工智能和机器学习，卫星可以无缝地控制这些系统，在不等待指令的情况下实时决策。

要理解认知无线电，最简单的是从地面应用开始。在美国，联邦通信委员会（FCC）将用于通信的电磁频谱的一部分分配给不同的用户。例如，FCC将频谱分配给小区服务、卫星广播、蓝牙、Wi-Fi等。

如果没有水龙头，会发生什么事？当所有的水龙头都被打开时，设备怎么能进入电磁频谱呢？

软件定义的无线电认知无线电使用人工智能喜欢未得到充分利用的部分的电磁频谱无需人的干预。这些“空白”目前没有使用，但已经获得许可，是频谱的一部分。FCC允许认知无线电使用其主用户未使用的频率，直到用户再次激活。

就我们的隐喻性的“灌水孔”而言，认知无线电利用的是原本浪费的水。认知无线电可以使用许多“水龙头”，不管“水龙头”的频率。当一个有许可证的设备停止使用它的频率时，认知无线电从客户的“水龙头”中提取，直到主用户再次需要它。认知无线电的开关从一个白色的空间到另一个，因为他们成为可用的电磁阀门。

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“认知技术的最新发展是通信系统的体系结构的一个新的推力，”布里奥尼斯说。“我们设想这些技术将使我们的通信网络更高效，更有弹性，为探索太空深处的特派团服务。”。通过将人工智能和认知无线电集成到我们的网络中，我们将提高空间通信系统的效率、自治性和可靠性。”

对于美国航空航天局来说，空间环境带来了认知无线电可以减轻的独特挑战。空间天气，太阳和其他天体发出的电磁辐射，使空间充满噪音，干扰某些频率。

“格伦研究中心是在创建认知无线电应用能够识别和适应空间天气的尝试，”Rigoberto Roche说，美国宇航局的认知引擎开发铅格伦。“它们将通过机器学习在范围内传输干扰或消除失真。”

将来，NASA的认知无线电甚至可以学会暂时关闭自身，以减轻严重空间天气事件中的辐射损伤。自适应无线电软件可以规避空间天气的有害影响，增加科学和勘探数据的回报。

认知无线电网络也可以提出替代数据路径到地面。这些过程可以通过多个路径同时对数据进行优先排序和路由，以避免干扰。认知无线电的人工智能也可以分配地面站下行只是提前几小时，而不是几周，导致更有效的调度。

此外，认知无线电可以通过减少人类干预的需要而使通信网络的操作更加有效。智能无线电可以适应没有人类帮助的新的电磁景观，并预测不同环境下的通用操作设置，自动处理以前由人类处理的耗时过程。

国际空间站上的空间通信和导航（扫描）测试平台为工程师和研究人员提供了在空间环境中测试认知无线电的工具。该试验台除了可从地面或其他航天器配置的各种天线和设备外，还有三个软件定义的无线电设备。

“平台使我们在轨道环境的诚实，”Dave Chelmins说，在格伦的扫描平台和认知通信项目经理。虽然它可以在地面上模拟，但空间有一个不可预测的因素。测试平台提供了这种环境，这种设置需要像认知无线电那样技术进步的弹性。

chelmins，rioche和亚洲只是少数的许多美国宇航局的工程师们采用认知无线电技术的空间。与大多数陆地技术一样，由于轨道力学、电磁环境以及与传统仪器的相互作用，认知技术在太空中实现起来更具挑战性。尽管存在这些挑战，将机器学习集成到现有的空间通信基础设施中，将提高这些系统的效率、自治性和可靠性。

华盛顿国家航空航天局总部的扫描计划办公室为通信基础设施和发展提供战略和方案监督。它的研究为从航天器到地面的连接提供了重要的改进。

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