云計(jì)算為太空探索帶來(lái)新機(jī)遇

在“新基建”政策扶持下，云計(jì)算作為“新基建”的數(shù)字化底座正在迎接新一波的發(fā)展浪潮。從醫(yī)療醫(yī)藥、教育科研到太空探索，云計(jì)算在多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著自己獨(dú)特的作用，為數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲(chǔ)和傳輸帶來(lái)顛覆性的影響。

今年7月以來(lái)，包括“天問(wèn)一號(hào)”在內(nèi)的多個(gè)火星探測(cè)器陸續(xù)成功發(fā)射，標(biāo)志著人類的火星探測(cè)活動(dòng)進(jìn)入新的活躍期。針對(duì)探測(cè)火星、月球，建立太空站等空間探測(cè)活動(dòng)，IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)專家認(rèn)為云計(jì)算將是一項(xiàng)必不可少的技術(shù)。云計(jì)算能夠應(yīng)用于視頻、衛(wèi)星圖像及海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，幫助航天工作者更好地理解信息，完成航天探測(cè)任務(wù)。

云計(jì)算為太空探索帶來(lái)新機(jī)遇

隨著人類通過(guò)空間探測(cè)器對(duì)廣袤宇宙空間不斷進(jìn)行探索，如何接收、處理、存儲(chǔ)和傳輸空間探測(cè)器在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中獲得的海量數(shù)據(jù)，對(duì)人類探索宇宙的目標(biāo)提出了新的挑戰(zhàn)。

以我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”為例，“天問(wèn)一號(hào)”承載著火星環(huán)繞、著陸、巡視的重要任務(wù)，其火星車上搭載了探地雷達(dá)和光學(xué)相機(jī)，可以對(duì)火星地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)、獲得火星地表圖像，而這需要大規(guī)模且高速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)計(jì)算能力。IEEE地球科學(xué)與遙感協(xié)會(huì)上海分會(huì)主席、IEEE高級(jí)會(huì)員徐豐教授提到：“火星探測(cè)時(shí)會(huì)收集到大量的火星軌道雷達(dá)數(shù)據(jù)，在分析火星地下地形變化時(shí)，還需要與周圍的地形、數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析?！?/p>

信息的快速獲取對(duì)于宇航員的生命安全和航天器的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)是必不可少的。IEEE高級(jí)會(huì)員Claudio Sacchi和IEEE 會(huì)士 Marina Ruggieri認(rèn)為，在進(jìn)行太空探索時(shí)，無(wú)論是載人航天器中的宇航員，還是在航天器上作業(yè)的太空機(jī)器人，都需要獲取足夠的信息和知識(shí)來(lái)支撐他們完成任務(wù)。例如，當(dāng)人們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅嚼щy經(jīng)常通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查找視頻或文字教程來(lái)幫助解決問(wèn)題。宇航員也是如此，當(dāng)他們?cè)趫?zhí)行任務(wù)的過(guò)程中遇到難題時(shí)，可以通過(guò)云計(jì)算技術(shù)快速獲取和處理數(shù)據(jù)的能力，來(lái)幫助他們解決問(wèn)題。

而云計(jì)算以其高速而準(zhǔn)確的信息處理能力、低運(yùn)行成本以及高靈活性等優(yōu)點(diǎn)，有效解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)維護(hù)的問(wèn)題，滿足了空間探測(cè)活動(dòng)對(duì)計(jì)算能力的嚴(yán)格要求，為遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸搭建橋梁。應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)，航天工作人員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和共享服務(wù)器來(lái)訪問(wèn)、讀取和處理數(shù)據(jù)，即使遨游太空的空間探測(cè)器中，宇航員或自動(dòng)化系統(tǒng)也能夠通過(guò)該技術(shù)獲取、分析、儲(chǔ)存、傳輸大量數(shù)據(jù)。

云計(jì)算“飛”向太空，任重道遠(yuǎn)

據(jù)IEEE專家介紹，基于現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的局限，云計(jì)算在空間探測(cè)中的應(yīng)用仍然面臨著物理距離帶來(lái)的挑戰(zhàn)。IEEE高級(jí)會(huì)員Alexander Wyglinski認(rèn)為，“太空云計(jì)算”與我們平時(shí)用來(lái)儲(chǔ)存和共享信息的“云”之間的區(qū)別，主要在于“太空云計(jì)算”設(shè)備之間物理距離遠(yuǎn)超一般云計(jì)算設(shè)備，這為數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。具體而言，“太空云計(jì)算”需要連接各個(gè)設(shè)備，例如在月球上的設(shè)備、繞月球運(yùn)行的飛行器，飛往火星途中的探測(cè)器，地球上的設(shè)備以及木星周圍的深空探測(cè)器等等，由于這些飛行器與飛行器之間、設(shè)備與設(shè)備之間的距離非常遠(yuǎn)，只有在極為強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)才能夠使得數(shù)據(jù)成功傳輸。

IEEE 會(huì)士Karen Panetta提到，目前空間探測(cè)任務(wù)獲取的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)仍需要被帶回地球進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。這種方式成本高且效率低，數(shù)據(jù)的傳輸還會(huì)引起高能耗。雖然在太空中會(huì)使用太陽(yáng)能進(jìn)行供電，但隨著工作量的增加，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行非常頻繁的充電。要對(duì)從太空探測(cè)器和航天器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的遠(yuǎn)距離傳輸和存儲(chǔ)方面進(jìn)行創(chuàng)新，從而在降本增效，減少能源消耗。

Karen Panetta進(jìn)一步預(yù)測(cè)，在未來(lái)太空云計(jì)算技術(shù)可以結(jié)合人工智能進(jìn)行發(fā)展。人工智能可以通過(guò)智能分析和專業(yè)知識(shí)的捕獲來(lái)解決研究問(wèn)題，這可以幫助降低太空云計(jì)算的能耗。也許有一天，人工智能強(qiáng)大的推理能力還能幫人類回答一些宇宙空間問(wèn)題，例如某個(gè)星球是否具有生命跡象等等。

IEEE專家認(rèn)為，云計(jì)算技術(shù)對(duì)于空間探索活動(dòng)來(lái)說(shuō)非常重要，它將革新太空探索活動(dòng)中獲取、處理、存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)的方式。未來(lái)，IEEE會(huì)協(xié)同全球科技專家繼續(xù)關(guān)注和深入研究工程科技在太空探索中的運(yùn)用與發(fā)展，為人類社會(huì)推動(dòng)科技創(chuàng)新、創(chuàng)造無(wú)限可能。