本文探讨了视觉语言模型 (VLM) 作为操作代理在太空领域的应用,重点关注软件和硬件操作范例。基于大型语言模型 (LLM) 及其多模态扩展的进步,我们研究了 VLM 如何增强太空任务中的自主控制和决策。在软件环境中,我们在 Kerbal 太空计划差分博弈 (KSPDG) 模拟环境中使用 VLM,使代理能够解释图形用户界面的视觉屏幕截图以执行复杂的轨道机动。在硬件环境中,我们将 VLM 与配备摄像头的机器人系统集成在一起,以检查和诊断物理空间物体,例如卫星。我们的结果表明,VLM 可以有效地处理视觉和文本数据以生成适合上下文的操作,在模拟任务中与传统方法和非多模态 LLM 竞争,并在实际应用中显示出良好的前景。
自从人工智能 (AI) 应用于航天领域以来,它一直在不断变化,既带来了好处,也带来了风险。人工智能技术已经开始影响人权和自由,以及与公共当局和私营部门的关系。因此,人工智能的使用涉及因依赖特定技术而产生的影响和后果而产生的法律义务。这表明需要调查在太空活动中使用人工智能的法律问题和风险问题,以识别、描述和解释一般法律问题和困境,特别是航天领域的法律问题和困境。作者通过逻辑语义方法在定义的领域制定了理论定义。比较方法使我们能够对美国、中国和欧盟航天领域的人工智能法律法规进行比较分析。作者重新思考了在起诉自主空间物体造成的损害时的行为、因果关系、法人资格问题。以及将现有的空间法及其国家责任与私人参与者使用自主物体的太空活动相结合。
自进入太空时代以来的几个世纪里,对地球空间环境的理解呈指数级增长(Jacchia,1959)。所谓的空间天气描述了太阳-地球连接中的“天气”变化,已显示出对平民生活、商业和国家安全(包括通信、导航、电网和卫星操作)的广泛影响(Anthea et al.,2021;Emmert,2015;Malandraki & Crosby,2018;McNamara,1991;Montenbruck & Gill,2000;Skone & Yousuf,2007;Zhang et al.,2019)。由于地球上层大气的存在,大量在100至600公里高度运行的卫星和空间碎片通过大气阻力受到空间天气的显著影响(Chen et al., 2012 , 2014 ; Li & Lei, 2021a ; Qian & Solomon, 2012 )。因此,不断增加的空间物体数量迫切需要准确认识和预报高层大气的四维时空变化以及空间天气系统(Krauss et al., 2020 )。
2 本报告重点关注空间态势感知 (SSA),而非空间领域感知,并将始终使用 SSA 这一术语。国防部联合出版物 3-14,题为《空间行动》,将 SSA 定义为“对空间物体和空间行动所依赖的作战环境(包括物理、虚拟、信息和人力维度)以及所有因素、活动和事件的必要基础、当前和预测知识和特征描述,所有实体都参与或准备参与空间行动。” 2019 年,空军空间司令部副司令签署了一份备忘录,对“空间领域感知”这一术语进行了定义。这份备忘录将太空描述为一个作战领域,迫使空军将重点从简单地了解物体在太空中的位置转移到确定有关这些物体的更多信息。空军部,空间领域感知 (2019 年 10 月 4 日)。
摘要:SDA(空间领域意识)和SSA(空间态势意识 - SSA)被定义为对空间物体的全面了解以及跟踪、理解和预测其未来位置的能力。本文的目的是提出保护空间系统的SSA举措,空间系统现在被认为是每个国家可持续发展的基本资产。即使只是部分空间基础设施被破坏,也会对公民安全和经济活动造成严重后果。这些系统假设将各种在太空和地球上运行的实体获得的所有数据组合起来,以创建一个通用数据库。SSA系统是基于美国军事计划SDA(空间领域意识)创建的; SSA和SDA几乎相似,但SDA是一个新术语,取代了之前存在的SSA。SDA是一种更好、更完善的SSA。SSA 计划越来越多地成为国家和欧盟太空战略的一部分,但目前还不可能将其纳入国际空间法。
我们介绍了 LeoLabs 的全球相控阵雷达网络。LeoLabs 的网络由四个运行中的雷达站组成,两个超高频雷达站和两个 S 波段雷达站,还有一个正在建设中的 S 波段雷达站。我们展示了雷达网络性能的定量分析,包括网络和组件级性能指标。与独立数据集的比较证明了仪器的准确性和精确度,而雷达站之间的比较证明了 LeoLabs 测量的自洽性和 LeoLabs 轨道状态矢量估计的精确度。我们还展示了模拟网络在编目和跟踪以前未编目的驻留空间物体方面的性能。我们展示了除了跟踪 LEO 中的 RSO 之外,网络如何用于各种任务。我们提供了网络在发射和早期轨道阶段操作期间的性能特征。最后,我们表明 LeoLabs 的雷达能够探测地球静止轨道 (GEO) 上的物体。这证明相控阵雷达是跟踪地球静止轨道物体的可行技术。
绝对和相对轨迹测量系统 (ARTMS) 是一种软件有效载荷,它使配备低成本光学传感器的大量合作观察员能够仅使用方位角测量同时估算自己的轨道和附近非合作驻留空间物体的轨道。ARTMS 通过克服以前飞行演示中的关键限制,在仅角度导航方面取得了进步,这些限制包括:1) 依赖地面提供的精确先验相对轨道信息,2) 无法容纳多个观察员或目标,3) 依赖机动来提高可观测性,以及 4) 依赖 GPS 等外部计量来估算观察员的绝对轨道。相比之下,ARTMS 在多智能体框架内应用创新算法来实时自主估算机载多个观察员和目标的轨道。 ARTMS 通过使用低成本小型卫星硬件并尽量减少对机动和地面交互的依赖,提供自主、稳健且可扩展的绝对和相对导航,满足未来深空任务的关键需求。
共轨 ASAT 将拦截器送入轨道,然后操纵拦截器改变轨道,使其接近目标。共轨 ASAT 可以在进入轨道后立即操纵接近目标,也可以在长时间处于休眠状态后操纵接近目标。它们可以通过超高速直接碰撞、释放与目标相撞的碎片云、使用机械臂损坏或移除目标卫星的部件,或者在近距离使用电子战或定向能武器来试图损坏或摧毁目标。无论使用哪种技术,共轨 ASAT 都需要机载制导、导航和控制系统来识别和跟踪目标空间物体并微调其轨迹以进行适当的拦截。冷战期间,苏联曾多次努力开发、测试和部署共轨 ASAT 能力。人们考虑了几种不同的共轨道武器部署概念,包括激光器、导弹平台、载人和无人炮兵平台、机器人操纵器、粒子束、霰弹枪式弹丸炮和核太空地雷,但大多数都在绘图板上夭折了。¹
欧盟空间监测和跟踪支持计划于 2014 年 4 月 16 日通过,于 2016 年根据“欧洲议会和欧洲理事会关于建立空间监测和跟踪支持框架的决定”成立,并于 2021 年 4 月 28 日正式成为欧盟空间计划的组成部分。欧盟空间监测和跟踪支持计划为全球分担责任做出了贡献,确保所有人都能安全、可持续和有保障地进入和使用空间。其主要目标是提供空间安全服务,即在专有和第三方测量和轨道数据的基础上,保护航天器免受碰撞风险、监测不受控制的再入以及监测空间物体在轨碎裂情况。为此,欧盟空间监测和跟踪支持计划的主要活动之一就是设计和分析具有最佳性价比的中长期全球欧盟空间监测和跟踪支持系统架构。
2. ISAM 是指在轨道上、在空间物体和天体表面以及在这些区域之间移动时使用的一组能力。ISAM 的“服务”方面包括航天器首次发射后在空间中的检查、寿命延长、维修、加油或改造等活动,包括但不限于:目视获取、会合和/或近距操作、对接、停泊、重新定位、升级、重新定位、脱离对接、脱离停泊、释放和离开、再利用、轨道运输和转移以及及时收集和清除碎片。2 这些活动通常包括在“客户”航天器附近进行机动和操作的过程,3 一组通常称为会合和近距操作 (RPO) 的活动。“服务”一词还用于描述航天器从一个轨道到另一个轨道的运输,以及碎片的收集和清除。 “组装”是指利用预制部件建造空间系统,“制造”是将原材料或回收材料转化为空间中的部件、产品或基础设施。4