Охота на космических странников: как ученые «учат» рой дронов встречать космических гостей?
Солнечная система — наш дом, но за ее пределами скрывается целый космос, полный загадок и неизведанных объектов. Среди них особое место занимают межзвездные объекты (МЗО) — каменные или ледяные глыбы, рожденные у далеких звезд и случайно заброшенные в наше «межзвездное захолустье». Они проносятся мимо Земли на огромных скоростях, оставляя ученых в отчаянном стремлении узнать хоть что-то об их происхождении и составе. Но как поймать неуловимого странника, который появляется всего однажды в жизни и движется быстрее пули?
Мозг в космосе: глубокое обучение как ключ к встрече
Профессор Хироясу Цукамото из Университета Иллинойса предложил смелое решение: создать для космического аппарата своего рода «искусственный мозг», способный самостоятельно принимать решения и реагировать на быстро меняющиеся условия. Разработанная им система Neural-Rendezvous, основанная на принципах глубокого обучения, позволяет космическому аппарату не просто следовать заранее проложенному курсу, а адаптироваться к непредсказуемой траектории МЗО, учитывая все риски и ограничения.
«Представьте себе, — говорит Цукамото, — что Neural-Rendezvous — это мозг, обученный специально для одной задачи: встречи с межзвездным объектом. Он анализирует поступающую информацию, прогнозирует наилучшие действия и обеспечивает безопасное сближение с целью, даже если ее точное местоположение неизвестно.»
В основе Neural-Rendezvous лежит математическая теория, гарантирующая надежность и безопасность системы. Подобно тому, как мозг водителя учится на опыте, Neural-Rendezvous обрабатывает данные, чтобы избежать «столкновений» в космосе, учитывая высокую цену ошибки в таких миссиях.
Проблема быстрого гостя: как успеть за неуловимым МЗО?
Главная сложность в изучении МЗО заключается в их скорости и непредсказуемости. Они появляются внезапно, пролетают мимо Солнца со скоростью в десятки километров в секунду, и у нас есть всего один шанс на встречу. Это требует от космического аппарата способности мгновенно реагировать на меняющуюся обстановку.
«В отличие от традиционных подходов, где все заранее спланировано, для встречи с МЗО космическому аппарату необходим «мозг», способный принимать решения в режиме реального времени, на основе данных, поступающих с борта», — объясняет Цукамото.
Рой как решение: больше глаз — больше информации
Однако даже самый умный космический аппарат не может видеть все. Поэтому возникла идея использовать рой небольших космических аппаратов, работающих вместе для получения более полной картины об МЗО. Эта концепция была продемонстрирована с использованием симулятора M-STAR и дронов Crazyflies.
Арна Бхардвадж и Шишир Бхатта, студенты-аэрокосмики из Иллинойса, внесли значительный вклад в развитие этой идеи. Они разработали математическую модель, позволяющую оптимально расположить несколько космических аппаратов для максимизации объема собранной информации.
«Благодаря рою космических аппаратов мы получаем дополнительный уровень принятия решений, — говорит Цукамото. — Как оптимально распределить аппараты, чтобы охватить как можно большую область пространства, где может находиться МЗО? Решение — распределить их так, чтобы они визуально покрывали наиболее вероятную область его положения, а Neural-Rendezvous направляет их к цели.»
Будущее исследований межзвездных объектов
Разработка Neural-Rendezvous и концепция роя космических аппаратов — это важный шаг на пути к пониманию происхождения и состава межзвездных объектов. Хотя Neural-Rendezvous пока остается теоретической разработкой, она открывает новые возможности для будущих космических миссий.
Возможно, уже в ближайшем будущем рой космических аппаратов, управляемый «искусственным мозгом», отправится на встречу с очередным межзвездным странником, чтобы приоткрыть завесу тайны над далекими мирами, откуда он прибыл. И тогда мы сможем узнать, из чего сделаны экзопланеты, и как зарождаются новые звездные системы.