Niemiecki zespół naukowców z Uniwersytetu w Würzburgu przeprowadził pierwszy w historii orbitalny manewr nanosatelity z wykorzystaniem samodzielnie działającej sztucznej inteligencji (SI). System autonomicznie ustawił satelitę InnoCube w pożądanej orientacji, eliminując konieczność ręcznego dostrajania parametrów przez inżynierów i otwierając nową erę autonomicznych systemów sterowania w kosmosie.
- Nanosatelita InnoCube został skierowany do docelowej orientacji przy użyciu kół reakcyjnych i systemu sterowania opartego na SI z uczeniem ze wzmocnieniem (Deep Reinforcement Learning).
- System działał autonomicznie, automatyzując proces sterowania i eliminując potrzebę czasochłonnej ręcznej rekalibracji.
- Sterownik wytrenowano wcześniej w symulacji na Ziemi, a następnie przeniesiono do satelity na orbicie, pokonując tzw. lukę Sim2Real, czyli różnice między warunkami symulacyjnymi a rzeczywistymi.
- SI umożliwia szybkie i elastyczne manewry oraz adaptację do odchyleń od oczekiwanego zachowania satelity.
- Badacze podkreślają, że takie systemy mogą być szczególnie przydatne w dalekich misjach kosmicznych, gdzie interwencja człowieka jest ograniczona.
Niemiecki zespół naukowców osiągnął przełomowy sukces w dziedzinie technologii kosmicznych, przeprowadzając pierwszy w historii orbitalny manewr nanosatelity sterowany w pełni przez samodzielnie działającą sztuczną inteligencję (SI). Satelita, nazwany InnoCube, został ustawiony z jego początkowej orientacji w przestrzeni orbitalnej do określonej, docelowej pozycji, bez potrzeby ingerencji człowieka.
W standardowych nanosatelitach do kontroli orientacji w przestrzeni wykorzystuje się koła reakcyjne – niewielkie wirniki pozwalające precyzyjnie zmieniać kierunek satelity. W tym przypadku algorytmy SI samodzielnie decydowały o kolejnych krokach manewru, reagując na sygnały z systemów pokładowych i dokonując korekt w czasie rzeczywistym. Po początkowym sukcesie testów, SI była w stanie powtarzalnie i bezpiecznie ustawiać satelitę w pożądanej pozycji, co potwierdza stabilność i niezawodność systemu.
Tego typu manewry są niezwykle istotne dla funkcjonowania satelitów – pozwalają uniknąć niekontrolowanego obracania się w przestrzeni kosmicznej oraz umożliwiają precyzyjne kierowanie urządzeń pokładowych, takich jak kamery, czujniki czy anteny, w określony cel.
Szybkość działania
Główną zaletą zastosowania sztucznej inteligencji w systemach sterowania orientacją satelitów jest ogromna szybkość działania i zdolność adaptacji, przewyższająca tradycyjne podejścia. W klasycznych układach kontrolnych inżynierowie muszą ręcznie dobierać parametry, często w procesie trwającym miesiące, a nawet lata, co sprawia, że systemy są mniej elastyczne wobec zmieniających się warunków operacyjnych.
Dzięki SI proces ten jest w dużej mierze zautomatyzowany – sterownik może samodzielnie analizować różnice między przewidywanymi a rzeczywistymi zachowaniami satelity i odpowiednio korygować działanie układu. Oznacza to, że satelita może samoczynnie dostosowywać się do nowych warunków, eliminując potrzebę czasochłonnej ręcznej rekalibracji, a przy tym zwiększając precyzję i bezpieczeństwo operacji na orbicie.
Cały system był najpierw trenowany w zaawansowanej symulacji na Ziemi, co pozwoliło wykształcić odpowiednie reakcje sterownika w realistycznych scenariuszach, a następnie algorytmy zostały przesłane do rzeczywistego modelu satelity na orbicie.
Przełomowy sukces
Naukowcy zrealizowali właśnie przełomowy eksperyment w kosmosie, który pokazuje praktyczne zastosowanie sztucznej inteligencji w sterowaniu satelitami. Jednym z największych wyzwań, które musieli pokonać, była tzw. luka Sim2Real – czyli problem, że algorytmy wytrenowane w warunkach symulowanych często zawodzą w rzeczywistym środowisku. W tym przypadku oznaczało to zapewnienie, aby sterownik orientacji satelity, nauczony przy użyciu uczenia ze wzmocnieniem (Deep Reinforcement Learning), działał równie skutecznie w warunkach kosmicznych.
– To prawdziwie przełomowy sukces. Udało nam się uzyskać pierwsze na świecie praktyczne potwierdzenie, że sterownik orientacji satelity wytrenowany w symulacji może skutecznie działać na orbicie – podkreśla Kirill Djebko, współautor eksperymentu. Wynik ten otwiera drogę do stosowania sztucznej inteligencji w autonomicznym sterowaniu satelitami, co może zrewolucjonizować sposób, w jaki realizowane są manewry orbitalne i operacje kosmiczne.
Tom Baumann, jeden z naukowców zaangażowanych w projekt, zaznacza, że eksperyment stanowi istotny krok w rozwoju przyszłych systemów sterowania satelitami: „Pokazuje, że sztuczna inteligencja nie tylko działa w symulacjach, ale może również wykonywać precyzyjne, autonomiczne manewry w rzeczywistych warunkach kosmicznych”. Oznacza to, że technologie oparte na AI mają potencjał zwiększenia niezawodności i efektywności satelitów, co jest kluczowe dla komunikacji, obserwacji Ziemi, nawigacji oraz wielu innych zastosowań kosmicznych.
Ogromny potencjał
Naukowcy i inżynierowie podkreślają, że nowe systemy sterowania satelitami mają ogromny potencjał, szczególnie w misjach kosmicznych, gdzie możliwości ingerencji człowieka są minimalne lub wręcz niemożliwe. Dzięki temu satelity mogą działać bardziej niezależnie, podejmować decyzje w czasie rzeczywistym i optymalizować swoje zadania bez potrzeby ciągłego nadzoru z Ziemi.
Jak wyjaśnia Djebko, kluczowym celem jest „wykorzystanie osiągniętej przewagi” technologicznej, a projekt stanowi pierwszy krok w kierunku pełnej autonomii w przestrzeni kosmicznej. Chodzi o stworzenie nowej klasy systemów sterowania, które są inteligentne, adaptacyjne i samodzielnie się uczą – co oznacza, że satelity mogą reagować na nieprzewidziane sytuacje, dostosowywać się do zmian w otoczeniu kosmicznym i optymalizować swoje operacje bez udziału operatorów.
Źródło: PAP
