Стыковка с Международной космической станцией — одна из самых сложных операций в орбитальной механике. Корабль движется со скоростью 28 000 км/ч, и любое ускорение вперёд уводит его вверх, а тормозить нечему — в космосе нет трения. Ошибка грозит гибелью экипажа обоих аппаратов и уничтожением десятков спутников обломками. Данную информацию сообщает портал Phys.org.
Десятилетиями инженеры полагались на жёстко заданные уравнения и ручные корректировки пилотов. Теперь исследователи из Стэнфорда предложили иной подход — искусственный интеллект, который выполняет серию «мысленных симуляций» перед манёвром. Их разработка получила название Out-of-this-World-Model (OWM).
Традиционные навигационные алгоритмы, включая расширенный фильтр Калмана, плохо обрабатывают высокоскоростное видео. Классическое компьютерное зрение в космосе хрупко: блик от солнечной панели или внезапная тень сбивают его с толку. Методы обучения с подкреплением, прославившиеся победой над чемпионами в шахматы и Dota, тоже не справляются — они работают лишь в строго заданных сценариях.
Модель OWM учится физике среды из опыта, а не из уравнений. Она «представляет» десятки возможных вариантов будущего и выбирает шаг к наиболее вероятному из них, оценивая вероятность каждого исхода. Это позволяет реагировать на неожиданности — например, когда нужный стыковочный порт занят другим кораблём.
Обучение потребовало сотен тысяч симуляций. Чтобы ускорить процесс, авторы создали библиотеку AstroJAX, работающую на графических процессорах. Результат впечатляет: OWM освоил стыковку за 500 000 итераций, тогда как системе с подкреплением понадобилось 25 000 000. При этом новая модель успешнее справлялась с незнакомыми портами и нештатными ситуациями.
Впрочем, до полной автоматизации далеко: в среднем по всем портам МКС модель стыкуется успешно в 53% случаев, тогда как алгоритм с подкреплением — лишь в 29%. Авторы отмечают, что трудности возникают на близких дистанциях из-за жёстких штрафов за столкновения, и это можно скорректировать. С учётом роста числа спутников, требующих обслуживания или сведения с орбиты, передача управления роботу — вопрос времени.