هوش مصنوعی توانسته است سرعت ناوبری ربات حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) را حدود ۵۰ تا ۶۰ درصد افزایش دهد. این دستاورد نخستین نمایش عملی سامانه کنترل حرکت مبتنی بر یادگیری ماشین در مدار زمین است. این سیستم، در فضای تنگ و مملو از تجهیزات داخلی ایستگاه فضایی که الگوریتم‌های سنتی به‌دلیل محدودیت توان پردازشی کامپیوترها با دشواری در آن عمل می‌کنند، عملکردی کارآمد ارائه می‌دهد. ناسا این فناوری را در سطح TRL-5 تأیید کرده و این موضوع مسیر به‌کارگیری ربات‌های خودگردان را در مأموریت‌های آینده ماه و مریخ هموار می‌سازد.

رباتیک خودگردان در فضا

گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد موفق شده‌اند پیشرفتی مهم در حوزه رباتیک فضایی رقم بزنند: ربات حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی، با کمک هوش مصنوعی می‌تواند با سرعت بیشتری در محیط داخلی این مجموعه حرکت کند. این پیشرفت که با همکاری سامانه ربات پرنده ناسا موسوم به آستروبی (Astrobee) انجام شده، نخستین کاربرد کنترل حرکت مبتنی بر یادگیری ماشین در مدار را نشان می‌دهد. این موفقیت ثابت می‌کند ربات‌ها قادرند با بهره‌گیری از تجربیات پیشین، با ایمنی و کارایی بالاتری حرکت نمایند.

برای فضانوردانی که از ربات‌ها برای انجام کارهای روزمره استفاده می‌کنند، این پیشرفت چشم‌اندازی از آینده‌ای ارائه می‌دهد که در آن ماشین‌ها می‌توانند وظایف بیشتری را به‌صورت مستقل انجام دهند، به‌ویژه در محیط‌هایی که برای انسان بسیار خطرناک یا بیش از اندازه پیچیده‌اند.

چرا ناوبری در ایستگاه فضایی بین‌المللی بسیار دشوار است؟

فضای داخلی ایستگاه فضایی بین‌المللی به‌شدت شلوغ و فشرده است. دیواره‌ها با رک‌های آزمایشگاهی، لپ‌تاپ‌ها، سیم‌ها، دوربین‌ها و محفظه‌های نگه‌داری تجهیز شده‌اند. تصور کنید باید یک پهپاد را از میان راهرویی باریک و پوشیده از تجهیزات هدایت کنید و سپس آن پهپاد را در شرایط ریزگرانش قرار دهید؛ این همان چالشی است که ربات آستروبی با آن روبه‌رو است.

الگوریتم‌های مسیریابی سنتی که روی زمین استفاده می‌شوند به توان پردازشی زیادی نیاز دارند، در حالی‌ که رایانه‌های پرواز قابل‌استفاده در فضا بسیار کم‌قدرت‌ترند. علاوه بر این، اختلالات پیش‌بینی‌نشده‌ای مانند جریان هوا از دریچه‌های تهویه یا جابه‌جایی اعضای خدمه می‌تواند ناوبری ایمن را دشوارتر سازد.

روش هوش مصنوعی و چگونگی افزایش سرعت ناوبری

برای غلبه بر این مشکلات، تیم تحقیقاتی یک مدل یادگیری ماشین را با هزاران مسیر از پیش تعریف‌شده در داخل ایستگاه فضایی آموزش دادند. بدین ترتیب، سیستم می‌تواند یک «آغاز گرم» تولید کند؛ یعنی پیش‌بینی اولیه‌ای از مسیر مناسب برای ربات پیش از آن‌که الگوریتم به‌طور کامل اجرا شود داشته باشد.

این رویکرد ترکیبی، تمامی محدودیت‌های ایمنی ناسا را حفظ می‌کند و در عین حال سرعت برنامه‌ریزی مسیر را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. در دشوارترین موقعیت‌ها مانند گذر از بخش‌های بسیار تنگ یا مسیرهایی که نیازمند چرخش‌های پیچیده هستند، روش مبتنی بر هوش مصنوعی توانسته است سرعت عملکرد را ۵۰ تا ۶۰ درصد افزایش دهد.

در شرایطی که روش سنتی باید به‌کندی مسیر عبور از میان دو تجهیز نصب‌شده مقابل یکدیگر را محاسبه نماید، روش مبتنی بر هوش مصنوعی با تکیه بر مسیرهای مشابه گذشته، یک طرح اولیه ارائه می‌دهد و محاسبات را در زمانی نزدیک به نصف تکمیل می‌کند.

آزمون‌های زمینی و آزمایش‌های مداری

پیش از ارسال این سامانه به ایستگاه فضایی بین‌المللی، آزمایش‌های زمینی آن روی میز هوای شبیه‌ساز ریزگرانش در مرکز پژوهشی Ames ناسا انجام شد. پس از قرار گرفتن در مدار، فضانوردانی از جمله سونیـتا ویلیامز تنها در مرحله آماده‌سازی کمک کردند و تمامی عملیات اصلی از زمین هدایت شد؛ بطوریکه فرمان‌ها ابتدا از دانشگاه استنفورد به مرکز فضایی جانسون ناسا و سپس به ایستگاه فضایی ارسال می‌گردید.

هر یک از ۱۸ مسیر آزمایشی دو بار اجرا شد: یک بار با آغاز سرد سنتی و یک بار با آغاز گرم مبتنی بر هوش مصنوعی. نتایج در تمام موارد یکسان بود و بیشترین میزان افزایش سرعت در بخش‌های فشرده و شلوغ ایستگاه مشاهده گردید.

تأیید ناسا و کاربردهای آینده

این فناوری اکنون به سطح آمادگی فناوری ۵ (TRL-5) رسیده؛ یعنی کارکرد آن در محیط عملیاتی واقعی تأیید شده است. این سطح از اعتبار، ریسک پروژه‌های آینده‌ای را که به ربات‌های خودگردان متکی هستند، به‌شدت کاهش می‌دهد.

تیم تحقیقاتی قصد دارد مدل‌های پیشرفته‌تری را ادغام کند؛ مدل‌هایی مشابه سامانه‌های مورد استفاده در خودروهای خودران و مدل‌های زبانی بزرگ نظیر ChatGPT، تا ربات‌هایی ساخته شوند که بتوانند با توانایی استدلال، برنامه‌ریزی و اکتشاف بهتری عمل کنند.

در مأموریت‌های آینده ماه و مریخ که تأخیرهای ارتباطی امکان کنترل مستقیم را محدود می‌کند، چنین خودمختاری حیاتی است. ربات‌ها در آینده نزدیک می‌توانند غارها را نقشه‌برداری کرده، محل‌های فرود را شناسایی نمایند یا به فضانوردان در زیستگاه‌هایی که میلیون‌ها کیلومتر از زمین فاصله دارند کمک کنند؛ آن‌هم بر پایه فناوری هوش مصنوعی که اکنون در ایستگاه فضایی بین‌المللی آزمایش و تثبیت شده است.

شرکت اسپیس‌ایکس در توسعه فرودگر سرنشین‌دار ماه برای مأموریت آرتمیس ۳ ناسا عقب افتاده است. این موضوع باعث شده ناسا قرارداد مربوط به این مأموریت را دوباره برای سایر شرکت‌های فضایی باز کند. این فشار مضاعف، اسپیس‌ایکس را بر آن داشته تا راهبرد خود را اصلاح کند، اما اطلاعات اختصاصی فاش‌شده نشان می‌دهد که رویکرد جدید همچنان برای رسیدن به موعد موردنظر ناسا کافی نیست.

در یک سند داخلی اسپیس‌ایکس که وبسایت پولیتیکو آن را به‌ دست آورده، جدول زمانی تازه‌ای برای سیستم فرود انسانی استارشیپ (HLS) ارائه شده است. این جدول زمانی نشان می‌دهد که فضانوردان آرتمیس ۳ زودتر از سپتامبر ۲۰۲۸ روی ماه فرود نخواهند آمد. این تاریخ، بیش از یک سال دیرتر از هدف ناسا برای میانه سال ۲۰۲۷ است.

حتی رسیدن به این هدف بازنگری‌شده با توجه به ابعاد عظیم استارشیپ و طراحی بسیار پیچیده آن کاری دشوار است. یک منبع ناشناس از کنگره آمریکا به پولیتیکو گفته است که اهداف سال ۲۰۲۸ اسپیس‌ایکس همچنان بسیار جاه‌طلبانه هستند و با وضعیت فعلی توسعه این موشک همخوانی چندانی ندارند.

در حالی که رقبای اسپیس‌ایکس پیشنهادهای خود را برای قرارداد فرودگر آرتمیس ۳ ارائه می‌کنند، جدول زمانی جدید این شرکت نشانه امیدوارکننده‌ای برای موفقیت آن در رقابت محسوب نمی‌شود.

جدول زمانی جدید HLS

ناسا در سال ۲۰۲۱ اسپیس‌ایکس را برای ساخت نخستین فرودگر سرنشین‌دار برنامه آرتمیس انتخاب کرد. برای پاسخ به این نیاز، اسپیس‌ایکس نسخه‌ای اصلاح‌شده از مرحله بالایی استارشیپ را با عنوان استارشیپ HLS طراحی کرد که وظیفه انتقال فضانوردان به سطح ماه و بازگشت از آن را بر عهده دارد. توسعه این فضاپیما ارتباطی جدایی‌ناپذیر با توسعه سامانه اصلی استارشیپ دارد که امسال با چندین مشکل مواجه شد.

این تأخیرها نگرانی‌هایی را در میان کارشناسان صنعت فضا، کنگره و ناسا درباره توانایی اسپیس‌ایکس برای فرود آوردن فضانوردان روی ماه تا میانه سال ۲۰۲۷ ایجاد کرده بود. در ماه اکتبر، شان دافی، سرپرست ناسا، برای ایجاد فشار بیشتر بر اسپیس‌ایکس و بررسی گزینه‌های جایگزین، قرارداد آرتمیس ۳ را مجدداً برای دیگر شرکت‌های فضایی باز کرد.

اسپیس‌ایکس نیز راهبرد خود را از نو بررسی کرد. سند فاش‌شده، نخستین نگاه به برنامه‌ توسعه جدید HLS را ممکن می‌سازد. طبق گزارش پولیتیکو، اسپیس‌ایکس قصد دارد تاریخ‌های جدیدی را در یک برنامه جامع یکپارچه جای دهد و آن را در ماه دسامبر به ناسا ارائه کند. سپس این شرکت با ناسا برای به‌روزرسانی قرارداد موجود و نهایی‌سازی برنامه جدید همکاری خواهد کرد.

طبق این سند، اسپیس‌ایکس قصد دارد در ژوئن ۲۰۲۶ یک انتقال سوخت در مدار انجام دهد که نقطه عطفی بسیار حیاتی برای مأموریت آرتمیس ۳ محسوب می‌شود، زیرا استارشیپ برای رسیدن به ماه باید در فضا سوخت‌گیری کند.

گام بعدی، نمایش یک فرود ماه بدون سرنشین با سامانه HLS است؛ مأموریتی که اسپیس‌ایکس اجرای آن را برای ژوئن ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی کرده است. این تاریخ تقریباً با موعدی که ناسا برای پرتاب مأموریت آرتمیس ۳ در نظر داشت، همزمان است. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، اسپیس‌ایکس می‌تواند فضانوردان آرتمیس را در سپتامبر ۲۰۲۸ روی ماه فرود آورد، اما احتمال عدم تحقق این برنامه نیز کاملاً وجود دارد.

استارشیپ هنوز حتی یک پرواز مداری کاملاً موفق نداشته که پیش‌نیاز انتقال سوخت در مدار محسوب می‌شود. علاوه بر این، اسپیس‌ایکس با نسخه دوم استارشیپ، یعنی V2 که جدیدترین و حجیم‌ترین نمونه از این موشک است، با یک منحنی یادگیری جدید مواجه خواهد شد. اسپیس‌ایکس قصد دارد نسخه V2 را که پایه ساخت HLS نیز خواهد بود، در اوایل ۲۰۲۶ آزمایش کند. همان‌طور که بخش نخست برنامه پرتاب نسخه V1 در سال ۲۰۲۵ با انفجارهای متعدد آغاز شد، احتمال دارد V2 نیز شروعی مشابه داشته باشد.

شدت گرفتن رقابت

اینکه ناسا جدول زمانی جدید اسپیس‌ایکس را چگونه بپذیرد هنوز مشخص نیست، اما این تنها گزینه‌ای نیست که در حال بررسی آن است. بتانی استیونز، دبیر مطبوعاتی ناسا، پیش‌تر به گیزمودو گفته بود که ناسا از هر دو شرکت اسپیس‌ایکس و بلو اوریجین طرح‌هایی برای تسریع تولید HLS دریافت کرده است.

استیونز گفته بود که ناسا پس از بازگشایی کامل دولت، درخواست رسمی اطلاعات (RFI) را برای دریافت پیشنهادهای تازه از صنعت هوافضا منتشر خواهد کرد. سپس کمیته‌ای از متخصصان تشکیل می‌شود تا تمام پیشنهادها را بررسی کرده و بهترین مسیر را برای ادامه کار انتخاب کند.

این احتمال وجود دارد که شرکت بلو اوریجین قرارداد آرتمیس ۳ را از اسپیس‌ایکس برباید. بلو اوریجین در حال توسعه فرودگر سرنشین‌دار خود با نام Blue Moon Mark 2 (MK2) است. ناسا پیش‌تر MK2 را برای مأموریت آرتمیس ۵ انتخاب کرده و گرچه پرتاب آن مأموریت چند سال دیگر انجام خواهد شد، بلو اوریجین قصد دارد نسخه بدون سرنشین‌دار این فرودگر را در ژانویه ۲۰۲۶ آزمایش کند.

موشک قدرتمند New Glenn که بلو اوریجین برای ارسال فرودگرهای کره ماه خود از آن استفاده خواهد کرد، هفته گذشته دومین پرواز آزمایشی موفق خود را پشت سر گذاشت و مسیر را برای یک فرود بدون سرنشین در چند ماه آینده هموار کرد. با توجه به تأخیرهای فزاینده در توسعه استارشیپ HLS، بلو اوریجین اکنون تهدیدی جدی‌تر برای قرارداد آرتمیس ۳ اسپیس‌ایکس به شمار می‌رود.