ШІ в космосі, частина 4: Які проєкти розвивають космічні агенції найбільших країн світу

Штучний інтелект у нас на очах здійснює революцію в космосі, а в галузі, пов’язані з космічною інженерією та технологіями, вкладають мільярди доларів. На тлі стрімкого розвитку NewSpace національні космічні агенції прагнуть зберегти ключову роль у освоєнні й дослідженні космосу, тож розвивають відповідні програми й ініціативи. Від монополістів на кшталт NASA та ESA до космічних агентств Індії і Китаю розповідаємо, які цікаві проєкти у сфері ШІ реалізують прямо зараз.

США

NASA використовує безліч інструментів на базі ШІ, щоб підтримувати місії та дослідницькі проєкти, аналізувати дані для виявлення тенденцій і закономірностей, а також розробляти автономні космічні системи й апарати. ШІ допомагає космічному агентству планувати та здійснювати місії у далекому космосі (ми писали про це у другій частині нашого циклу статей), обробляти великі добірки супутникових даних, діагностувати обладнання та навчати астронавтів.

Значна частина досліджень відбувається у Центрі космічних польотів імені Годдарда (Goddard Space Flight Center, GSFC), де розвивають нові технології, що дозволяють розсунути межі наукових і технічних можливостей у вивченні космосу. Безпосередньо ШІ-напрямком займається Девід Сальваньїні, головний фахівець зі штучного інтелекту в NASA. 

Зараз у NASA розвивають два десятки ШІ-проєктів, серед яких:

• AEGIS — система автономного вибору наукових цілей для планетарних роверів на базі комп’ютерного зору;
• ASPEN Mission Planner — система планування, що управляє ресурсами й тимчасовими обмеженнями під час космічних місій;
• CLASP — система довгострокового планування спостережень;
• Enhanced AutoNav — автономна навігаційна система для ровера Perseverance, заснована на стереозорові, тривимірній реконструкції місцевості й оцінці прохідності;
• Global Seasonal Mars Frost Maps — мапи марсіанського інею, складені на основі інформації з п’яти дистанційних сенсорів із застосуванням методів аналізу даних і нейромереж;
• Perseverance — комплекс автономних функцій марсохода, що охоплюють планування, навігацію, діагностику, класифікацію місцевості та обробку зображень;
• MLNav — навігаційна система для побудови маршрутів із застосуванням евристик машинного навчання та перевіркою безпеки за допомогою традиційних моделей;
• Onboard Planner for Mars2020 — бортовий планувальник розкладів марсохода з урахуванням пріоритетів і теплового режиму;
• Terrain Relative Navigation — інтелектуальна навігація марсоходів на базі машинного зору для планування траєкторій та посадки;
• SensorWeb — сенсори для моніторингу природних явищ (виверження вулканів, паводки та лісові пожежі);
• SPOC — інструменти для класифікації типу ґрунту й об’єктів на зображеннях з роверів за допомогою надточної нейромережі;
• Volcano SensorWeb — ШІ-система моніторингу 50 найбільш активних вулканів Землі з використанням супутників і сенсорів.

Також в NASA розробили програмне забезпечення для аналітики й автоматизації процесу класифікації внутрішніх документів New Technology and Software Reporting та систему перетворення мови ATCSCC Speech2Text and Analysis, призначену для розшифрування вебінарів центру керування повітряним рухом. Безпосередньо на території Центру космічних польотів за допомогою AWARE — ШІ-системи підрахунку людей — оцінюють завантаженість у зонах очікування. 

NASA активно співпрацює з компаніями, які реалізують проєкти у сфері ШІ та суміжних напрямках. Серед них Skyline Nav AI, яка розробила для космічного агентства альтернативну навігацію в космосі, що ґрунтується на передових моделях комп’ютерного зору, ШІ та периферійних обчисленнях. Нова система забезпечує точну геолокацію в реальному часі без GPS, Wi-Fi або стільникових мереж, що робить її незамінною для віддалених локацій, де ці сигнали просто відсутні — наприклад, на Місяці.

У NASA прагнуть одержати якомога більше користі з даних, які були зібрані раніше та накопичуються надалі завдяки активним супутникам і марсоходам. Так, за допомогою ШІ, який за кілька секунд обробляє сотні тисяч зображень, учені агентства виявляють нові кратери на Марсі. Подібних кейсів стає дедалі більше внаслідок роботи Директорату наукових місій (Science Mission Directorate, SMD) — тут розвивають кілька проєктів, пов’язаних із навчанням ШІ-моделей на великих масивах даних. Мета — здобувати точніші прогнози про космічну погоду та інші явища, а також консолідувати й аналізувати дані з різних джерел і місій.

NASA планує використовувати ШІ для пошуку ознак життя і потенційно населених планет у нашій Сонячній системі та за її межами — насамперед на Європі й Енцеладі (супутниках Юпітера і Сатурна відповідно). Перші місії до них будуть роботизованими і потребуватимуть високої автономності, зважаючи на затримки сигналу із Землі, можливі втрати зв’язку, складні умови й обмежений ресурс батарей. 

Для підготовки до цих місій у Лабораторії реактивного руху NASA було створено випробувальні установки: Ocean Worlds Lander Autonomy Testbed (OWLAT) та Ocean Worlds Autonomy Testbed for Exploration, Research, and Simulation (OceanWATERS). На першому стенді ШІ розробляє й тестує алгоритми, що надають космічному апаратові здатність самостійно вирішувати в умовах обмеженого зв’язку із Землею, а машинне навчання допомагає адаптувати рух до невивчених типів поверхонь. Другий стенд являє собою віртуальну платформу, що моделює посадку космічного апарата. Тут ШІ відповідає за симуляцію й відпрацювання сценаріїв автономної поведінки — від планування операції до діагностики несправностей та управління ресурсами.

Європейський Союз

Створена на початку 2024 року і розташована в Європейському центрі астронавтів (Кельн, Німеччина) Лабораторія штучного інтелекту Європейського космічного агентства (ESA) для пілотованих і роботизованих космічних місій слугує центральним вузлом для розвитку ШІ. Тут готують астронавтів за допомогою XR-технологій, вивчають можливості автономної навігації та оптимізації космічних апаратів, проєктують відмовостійке обладнання, здатне витримувати роботу в суворих умовах. Також в ESA розробляють великі мовні моделі (LLM), що спрощують роботу зі складною технічною документацією та скорочують час реагування на інциденти, які трапляються з астронавтами на МКС. 

У вересні 2020 року ESA запустило першу в Європі місію зі спостереження Землі із застосуванням ШІ. У межах місії супутник CubeSat обладнали системою Φsat-1, яка автоматично вилучала хмарні зображення і передавала на Землю тільки корисні дані. Другий супутник із Φsat-2 на борту вирушив на орбіту в серпні 2024 року. У межах цієї місії ESA тестує два нові ШІ-застосунки: один шукає у водоймах аномалії на кшталт розливів нафти або шкідливого цвітіння водоростей, а другий ідентифікує пожежі й визначає розміри постраждалих територій.

У квітні 2021 року в межах ESA Discovery агентство запропонувало науковим і бізнес-спільнотам представити інноваційні ідеї для відкритої платформи OPS-SAT. Так стартував великий експеримент, під час якого агентство почало фінансувати проєкти, що допомагають використовувати ШІ для ефективнішого виконання операцій у космосі, спостереження за Землею та інших завдань.

У 2022 році ESA Discovery профінансувала 12 ШІ-проєктів, пов’язаних із підвищенням ефективності й автономності супутників. А потім ще декілька, у яких застосовували алгоритми глибокого навчання для поліпшення якості зроблених у космосі знімків, виявлення й відстеження змін на Землі та підвищення керованості космічними апаратами. Пізніше було ще 26 проєктів, які на основі отриманих із супутників даних шукали фрагменти космічного сміття — ШІ тут став у пригоді для визначення типу пластику.

Активно вивчає користь ШІ в поточних і майбутніх місіях Європейський центр космічних операцій (European Space Operations Centre, ESOC). Тут розробили платформу AInabler для створення та впровадження ШІ-моделей у космічних операціях. Серед її інструментів — OCAI для аналізу даних, 4caster для прогнозування телеметрії і помічник на основі LLM для виявлення причин аномалій.

У жовтні 2024 року ESA запустило автоматичну міжпланетну станцію Hera, яка до кінця 2026-го досліджуватиме астероїд Діморф — орбітальний супутник у системі Дідім. Hera спрямовується просто до астероїда за тими ж принципами, що лежать в основі пересування безпілотних автомобілів. Збираючи дані з безлічі датчиків, система відтворює модель свого оточення і приймає рішення самостійно.

Канада

Канадське космічне агентство (Canadian Space Agency, CSA) спільно з канадським урядом фінансують проєкт SkyWatch, який досліджує застосування ШІ та аналітики великих даних для оптимізації операцій і використання космічних і земних ресурсів спостереження. Дані, отримані під час спостереження за Землею й оброблені за участі ШІ, допомагають у прогнозуванні та запобіганні всіляких катастроф — як природних, так і антропогенних.

У 2025 році Канадське космічне агентство планує профінансувати щонайменше 75% місії Persistence, яка допоможе Канаді серйозно просунутися в реалізації ШІ-ініціатив у космосі. Мета місії — розширити можливості застосування бортового ШІ в космосі та довести, що ця технологія здатна здійснити революцію у швидкості оброблення даних та ухвалення рішень. Цю ініціативу реалізують спільно зі Spire Global і Mission Control. Планується, що Spire Global розробить супутник LEMUR 6 з оптичним корисним навантаженням, а аналізом займатиметься бортова ШІ-платформа SpacefarerA. Це дасть змогу обробляти дані в реальному часі прямо на орбіті, скорочуючи затримки передавання і підвищуючи оперативність в ухваленні рішень.

Китай

Китай прагне вирватися вперед у глобальних технологічних перегонах, а успіх DeepSeek і подібних йому стартапів підтверджує певні досягнення в цьому напрямку. У космічному секторі Китай ще не досяг моменту супутника, він намагається отримати користь з інновацій у приватному секторі. Прикладом може слугувати поява великої мовної моделі (LLM) для дослідження Місяця, яку китайські вчені презентували 2024 року. ШІ-модель ідентифікує місячні кратери і запам’ятовує їх за розміром, глибиною і формою, щоб вчені змогли краще вивчити геологічну еволюцію Місяця.

Ще одна особливість Китаю в тому, що його космічні амбіції підживлюють технології подвійного призначення — цивільного й військового. Тут об’єднують досягнення в галузі ШІ та квантових обчислень, додають інтелектуальні функції до своєї навігаційної супутникової системи BeiDou і прагнуть максимальної космічної автономії. У перспективі ШІ стане корисним у підтримці запланованих Китаєм місій до кордонів Сонячної системи. Тоді він знадобиться для складних обчислень, опрацювання великих обсягів даних і прийняття рішень у реальному часі. Місії до голови і хвоста геліосфери Китайське національне космічне управління (China National Space Administration, CNSA) збирається виконати до 2049 року.

Індія

Індійська організація космічних досліджень (Indian Space Research Organisation, ISRO) також обробляє великі обсяги супутникових даних за допомогою ШІ. Під час успішної висадки на Місяць саме інтелектуальні датчики допомогли забезпечити плавне і точне примісячення. А 1 січня 2025 року було запущено першу індійську космічну ШІ-лабораторію MOI-TD, розроблену компанією TakeMe2Space. Корисне навантаження лабораторії містить інструменти для інноваційних методів отримання, зберігання та фільтрації даних (переважно зображень з високою роздільною здатністю).

Погляд у майбутнє

Розвиток автономних ШІ-систем поступово трансформує роль людини в освоєнні космосу. “Єдиний аргумент на користь відправки людей [в космос] — це пригода, досвід для багатих людей, і це має фінансуватися з приватних джерел”, — стверджує лорд Мартін Різ, королівський астроном Великої Британії. З ним згоден Ендрю Коутс, фізик із Лондонського університетського коледжу: “Для серйозного дослідження космосу я віддаю перевагу роботам. Вони йдуть набагато далі і роблять більше”. З іншого боку, астронавти здійснюють те, на що роботи не здатні: надихають інших людей на Землі.

Незалежно від того, чи замінять роботи астронавтів, найближчими роками штучний інтелект стане ключовим елементом майже всіх напрямів діяльності провідних космічних агентств світу. Вони сконцентровані на розвитку автономних систем, здатних самостійно керувати апаратами, обробляти дані в реальному часі й адаптуватися до непередбачуваних умов далекого космосу.

Незабаром можна очікувати на нові ШІ-ініціативи та проєкти — як-от повністю автономні космічні апарати, спроможні самостійно проводити дослідження та приймати рішення в позаштатних ситуаціях. Також ШІ стає стандартом в опрацюванні та аналізі дедалі більших потоків даних із космічних телескопів і супутників, відкриваючи можливості для нових наукових відкриттів. Зрештою, ця та суміжні технології можуть зіграти ключову роль у підготовці до освоєння далекого космосу, забезпечуючи функціонування роботизованих місій і допомагаючи в пошуку позаземного життя.