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中國(guó)在太空實(shí)驗(yàn)人工智能反衛(wèi)星技術(shù)

2022-07-25 15:30 晨楓老苑

導(dǎo)讀:6月13日《南華早報(bào)》報(bào)導(dǎo),《上海航天》4月25日刊發(fā)西北工業(yè)大學(xué)和上海航天工程研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的論文,描述用人工智能實(shí)現(xiàn)反衛(wèi)星對(duì)抗的研究

狗追耗子是不干正事,但太空中的阿爾法狗追阿爾法耗子,確實(shí)在干意味深遠(yuǎn)的大事。

6月13日《南華早報(bào)》報(bào)導(dǎo),《上海航天》4月25日刊發(fā)西北工業(yè)大學(xué)和上海航天工程研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的論文,描述用人工智能實(shí)現(xiàn)反衛(wèi)星對(duì)抗的研究,研究表明,經(jīng)過(guò)大量深度學(xué)習(xí)計(jì)算后,被追蹤的大衛(wèi)星學(xué)會(huì)識(shí)別敵對(duì)反衛(wèi)星的意圖,自主躲避,但3顆小型的反衛(wèi)星最終在人工智能的指引下,用回馬槍“抓住”了目標(biāo)衛(wèi)星,并在不到10米遠(yuǎn)的距離用捕獲裝置“俘虜”了目標(biāo)衛(wèi)星。

這個(gè)研究有意思的地方在于攻防雙方都使用人工智能,追蹤和捕獲不是靠速度、機(jī)動(dòng)性等硬性能,而是靠誘騙、迂回等戰(zhàn)術(shù)。這是攻擊武器的新高度,也是設(shè)防目標(biāo)智能化和硬性能差別縮小化后的必然要求。

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反衛(wèi)星作戰(zhàn)以大型衛(wèi)星為主要目標(biāo),一般假定是大型衛(wèi)星目標(biāo)大、機(jī)動(dòng)性差,所以反衛(wèi)星是捕獲目標(biāo)、跟蹤和追擊的問(wèn)題,也就是說(shuō),是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。這是防空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈制導(dǎo)原理的基礎(chǔ),只是延伸到地球軌道上去了。

當(dāng)然,這不是一句“只是延伸到地球軌道上去了”那么輕飄飄,上了軌道,導(dǎo)彈相對(duì)于飛機(jī)常見(jiàn)的動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)(速度、加速度、機(jī)動(dòng)性)沒(méi)有了,小衛(wèi)星根本沒(méi)有多少變軌機(jī)動(dòng)能力,幾下就燃料耗盡了,速度差也沒(méi)有多大。

更大的問(wèn)題是,主要大國(guó)都有完備的空間監(jiān)控系統(tǒng),圖謀不軌的反衛(wèi)星剛發(fā)射,就能猜個(gè)八九不離十,在反衛(wèi)星還在上升到足夠軌道高度之前,可能就命令目標(biāo)衛(wèi)星變軌機(jī)動(dòng),躲開(kāi)攻擊。反衛(wèi)星還沒(méi)有開(kāi)始追擊,已經(jīng)要為了追上新的軌道而消耗大量燃料。

這和在反潛中用遠(yuǎn)程魚(yú)雷攻擊一樣的問(wèn)題。魚(yú)雷一下水,目標(biāo)潛艇就知道了。假定理論上魚(yú)雷射程為30公里,最高航速50節(jié),潛艇為30節(jié),魚(yú)雷在10公里距離上發(fā)射,似乎擊中十拿九穩(wěn)。假定潛艇朝背離魚(yú)雷的方向全速瘋跑,兩者的速度差為20節(jié),忽略所有轉(zhuǎn)彎、加速因素,也忽略魚(yú)雷捕獲目標(biāo)需要的時(shí)間和可維持最高速度的時(shí)間限制。在最簡(jiǎn)化的情況下,魚(yú)雷需要16.2分鐘才能消除這10公里,而在這段時(shí)間里,魚(yú)雷需要航行35公里,也就是說(shuō),超出射程了,沒(méi)有追上就沒(méi)勁追了。

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魚(yú)雷減速可以大大增加射程,追擊時(shí)間延長(zhǎng),但反而追得上了。假定魚(yú)雷速度降低到40節(jié),能把射程延長(zhǎng)到60公里,追擊時(shí)間要延長(zhǎng)到32.4分鐘,但剛好能追上目標(biāo)潛艇,理論上可以實(shí)現(xiàn)有效攻擊。

這當(dāng)然是簡(jiǎn)單化的場(chǎng)景,帶來(lái)的問(wèn)題是,速度差減小,動(dòng)能差就減小,即使追上了,目標(biāo)潛艇不再靠瘋跑甩掉追擊魚(yú)雷,還是有可能靠機(jī)動(dòng)甩掉,這就回到“智能追擊”的問(wèn)題了。

對(duì)于高超音速攔截,問(wèn)題類(lèi)似。高超音速飛行本來(lái)就是極限飛行,高超音速攔截彈難以保持足夠低的成本前提下,做到速度、機(jī)動(dòng)性全面高于高超音速目標(biāo),否則攔截作戰(zhàn)的成本是不可承受之重。

即使對(duì)于常規(guī)防空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈,降低動(dòng)力學(xué)性能要求,可以大大降低成本、延長(zhǎng)射程,只要發(fā)射就迫使對(duì)方開(kāi)始機(jī)動(dòng)躲避,就在功能上破壞了對(duì)方完成任務(wù),前提是智能攔截能確保“遲到但親密的接觸”。

也就是說(shuō),西工大的“智能攔截”具有遠(yuǎn)比反衛(wèi)星更加廣泛地應(yīng)用前景。但智能攔截并不容易做到,尤其在目標(biāo)也有智能規(guī)避功能的時(shí)候,或者目標(biāo)是有人操縱的。

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從人工智能角度來(lái)看,反衛(wèi)星與下圍棋沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,都是對(duì)抗。深度學(xué)習(xí)通過(guò)大量“棋局”訓(xùn)練,提高“棋藝”。阿爾法狗從人機(jī)互博開(kāi)始,用3000局精選人類(lèi)棋局作為初始“經(jīng)驗(yàn)”,以后過(guò)渡到人工智能自己“左右互搏”,最終“訓(xùn)練”出人類(lèi)難以戰(zhàn)勝的圍棋大師。西工大一步到位,用人工智能“左右互搏”,“訓(xùn)練”出反衛(wèi)星智能攔截大師。不光要“贏”,還不能花時(shí)間太長(zhǎng),不能反衛(wèi)星之間互相撞到一起或者互相擋路,不能浪費(fèi)星載燃料。

這是需要超強(qiáng)算力的研究。最初10000個(gè)回合里,攻防雙方都打得很糟糕,雙方都是失分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)得分,不及格。

可能由于反衛(wèi)星“人多勢(shì)眾”,深度學(xué)習(xí)的進(jìn)展更快,到20000個(gè)回合時(shí),反衛(wèi)星開(kāi)始占上風(fēng)。但目標(biāo)衛(wèi)星也琢磨出道道來(lái)了,開(kāi)始“看透”反衛(wèi)星的簡(jiǎn)單戰(zhàn)術(shù),規(guī)避機(jī)動(dòng)更加有效。

反衛(wèi)星在失敗增加后,通過(guò)深度學(xué)習(xí)改進(jìn)戰(zhàn)術(shù),不再傻追,成功率再次提高。到22萬(wàn)個(gè)回合后,反衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)接近完美,從假裝漫不經(jīng)心地渡步到目標(biāo)衛(wèi)星周?chē)偻蝗话l(fā)難,到目標(biāo)衛(wèi)星機(jī)動(dòng)規(guī)避后假裝放棄再反戈一擊,各種花招確保目標(biāo)衛(wèi)星基本上“死路一條”了。

這樣的超級(jí)算力裝上每一枚反導(dǎo)彈、反衛(wèi)星是不可能的,但深度學(xué)習(xí)需要超級(jí)算力,學(xué)習(xí)完成后的控制算法實(shí)施并不需要超級(jí)算力,這就是人工智能武器化可怕的地方。當(dāng)然,西工大的算法只是針對(duì)衛(wèi)星和反衛(wèi)星的特定動(dòng)力學(xué)特性設(shè)定,擴(kuò)大到更廣泛的應(yīng)用需要重新進(jìn)行深度學(xué)習(xí),但基本方法是相似的,可以舉一反三。

美國(guó)在呼吁中國(guó)參加軍控會(huì)談,不僅包括導(dǎo)彈核武器,也包括為人工智能武器化設(shè)立護(hù)欄,但中國(guó)并未積極響應(yīng)。在很大程度上,這是很難限制發(fā)展的地方,也有大量民用應(yīng)用,不宜控制發(fā)展。參加軍控會(huì)談,與其說(shuō)能建立可靠的護(hù)欄,不如說(shuō)雙方以透明化為名互相摸底。在嚴(yán)重缺乏互信的情況下,很難說(shuō)這樣的透明化有多大意義。

另一方面,中國(guó)走到前面,或者至少并跑,才談得上有意義的人工智能軍控,但這是另外一個(gè)話(huà)題了。