發(fā)射更多科學(xué)衛(wèi)星，需要AI助力指揮

中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心主任、“慧眼”天文衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南表示，目前中國只有3個X射線天文望遠(yuǎn)鏡，但這已經(jīng)是國際領(lǐng)先水平，全世界也只有屈指可數(shù)的X射線天文望遠(yuǎn)鏡。

他指出，一顆這樣的天文衛(wèi)星成本高昂，造價(jià)通常為幾億乃至上百億人民幣，研制和發(fā)射需要幾年到幾十年時(shí)間，運(yùn)行團(tuán)隊(duì)也需要幾十到上百人。面對宇宙中海量的暫現(xiàn)源、變源，如何進(jìn)行后隨觀測是當(dāng)前研究人員面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

6月22日，搭載中法天文衛(wèi)星SVOM的長征二號丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，與之同行的還有一顆全變源追蹤獵人星座01星（CATCH-1衛(wèi)星），這是中國科學(xué)院高能物理研究所提出的全變源追蹤獵人星座CATCH項(xiàng)目的首發(fā)試驗(yàn)星。

該項(xiàng)目計(jì)劃在2030年前后全面部署，發(fā)射100多顆小衛(wèi)星組成星座，核心科學(xué)目標(biāo)是“刻畫極端宇宙的多維度動態(tài)全景”。張雙南表示，該項(xiàng)目具備低成本、無漏網(wǎng)、高質(zhì)量的特點(diǎn)，星座由百顆微納衛(wèi)星組成，探測各種變源和爆發(fā)現(xiàn)象，成批“活捉”各類天體。

中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心主任張雙南發(fā)表演講2024世界人工智能大會

然而，如何指揮上百顆衛(wèi)星協(xié)同合作成為了研究人員面臨的新難題。張雙南回憶說，在自己的當(dāng)機(jī)立斷下，2017年發(fā)射的“慧眼”衛(wèi)星抓住重大觀測機(jī)遇，在2020年發(fā)現(xiàn)快速射電暴來自于中子星，2022年又觀測到“千年一遇”的迄今最亮伽馬射線暴。

但他坦言，“如果讓我管100個衛(wèi)星，我是沒有辦法每一次都能做對決策的，事實(shí)上也不可能做這樣的決策?！彼J(rèn)為，即使有100位首席科學(xué)家，也不可能做到。

因此，研究團(tuán)隊(duì)將使用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)全變源追蹤獵人星座的在軌自主協(xié)同觀測。

“首先，我們要對這個智能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，然后根據(jù)訓(xùn)練的情況制定我們的策略。讓它根據(jù)訓(xùn)練的情況和發(fā)生的情況來決定觀測的策略，指揮上百個衛(wèi)星，然后下達(dá)觀測任務(wù)?！睆堧p南說，“在天上分布的上百個衛(wèi)星根據(jù)它的情報(bào)和決策，根據(jù)情況決定是否要接受觀測任務(wù)等等。”

張雙南最后表示，全變源追蹤獵人星座的首顆試驗(yàn)星已于上個月發(fā)射，接下來第二步是希望建立一個小型的星座，并在這一過程對人工智能的基本技術(shù)途徑進(jìn)行驗(yàn)證。

6月22日，長征二號丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空視覺中國

中國科學(xué)院國家天文臺研究員、愛因斯坦探針衛(wèi)星（EP）首席科學(xué)家助理金馳川也提到，對衛(wèi)星傳回的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析需要大量時(shí)間和人力。今年1月，EP衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空，其主要任務(wù)是捕捉對天文研究具有重大意義的暫現(xiàn)源。

金馳川介紹了EP科學(xué)中心的日常值班運(yùn)行情況。他表示，對單個暫現(xiàn)源的分析需要調(diào)用不同工具和參考數(shù)據(jù)，平均耗時(shí)10到30分鐘。每天暫現(xiàn)源分析工作量大，平均每天有50個人工檢查需求?？茖W(xué)中心自動化程度較低，實(shí)現(xiàn)了一定程度的暫現(xiàn)源證認(rèn)自動化，但只給出真假源和分類初步建議，無明確依據(jù)。

金馳川表示，EP暫現(xiàn)源研究具有AI應(yīng)用需求和場景，AI可以顯著提升暫現(xiàn)源證認(rèn)效率，解決證認(rèn)耗時(shí)耗力、準(zhǔn)確性嚴(yán)重依賴人員經(jīng)驗(yàn)的問題。人工智能還可以為暫現(xiàn)源的判別、屬性、分類和對關(guān)鍵暫現(xiàn)源的后隨觀測提出規(guī)劃建議，AI與值班人員的交互可以使證認(rèn)結(jié)果具備堅(jiān)實(shí)的可信度和優(yōu)秀的可解釋性。

巡天數(shù)據(jù)體量激增，“AI+云”將成數(shù)據(jù)管理新模式

巡天是高效的天文觀測手段，我國首個大型空間光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡CSST也正在研制中，但如何處理它所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)是研究人員不得不面對的一大難題。中國科學(xué)院國家天文臺研究員劉超表示，預(yù)計(jì)CSST發(fā)射后將觀測超過100億個天體，產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。

劉超介紹說，巡天數(shù)據(jù)的處理已經(jīng)走過了三代發(fā)展模式，第一代是將觀測數(shù)據(jù)列成星表，以紙質(zhì)出版物的方式發(fā)表；第二代是數(shù)據(jù)庫形式，通過網(wǎng)站查詢數(shù)據(jù)；第三代則引入了“云”的模式。他指出，在過去40年里，巡天數(shù)據(jù)體量已經(jīng)增長了4個數(shù)量級。

劉超認(rèn)為，下一代巡天數(shù)據(jù)管理模式應(yīng)該是“AI+云”的模式。他指出，空間巡天需要多種巡天數(shù)據(jù)的融合處理，“例如將地面和空間的巡天設(shè)備數(shù)據(jù)相互對比和補(bǔ)充”。他表示，AI可以通過自監(jiān)督學(xué)習(xí)來獲取星系的亮度、結(jié)構(gòu)、形狀等特征，為天文學(xué)家提供更全面的信息。

“通過AI和人的結(jié)合，我們有可能去構(gòu)建下一代的巡天數(shù)據(jù)管理模式?！眲⒊f，“展望未來，對于天文學(xué)的巡天數(shù)據(jù)，我們可以采用新型的星表。天文學(xué)家以后要掌握AI技術(shù)，以AI的方式更好地挖掘數(shù)據(jù)，從中做出更多突破性的發(fā)現(xiàn)。”

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