一顆名為PhiSat-1的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星現(xiàn)在正在地球上空大約530公里的太陽同步軌道上以超過27,500公里/小時的速度運(yùn)行。PhiSat-1搭載了新款高光譜熱像儀，具備機(jī)載AI處理能力，這要?dú)w功于英特爾MovidiusMyriad 2 VPU.

　　如今，從手機(jī)上顯示的娛樂視頻到激發(fā)人們對宇宙的探索了解，人工智能在現(xiàn)代生活中已隨處可見。然而遙遠(yuǎn)的太空軌道卻是人工智能尚未進(jìn)入的領(lǐng)域。

　　直到9月2日，人工智能進(jìn)入太空軌道實(shí)現(xiàn)了重要突破——?dú)W洲航天局發(fā)射了一顆大小與臺式機(jī)相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)衛(wèi)星，一起發(fā)送的還有45顆同樣大小的衛(wèi)星。這顆名為PhiSat-1的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星現(xiàn)在正在地球上空大約329英里（530公里）的太陽同步軌道上以超過17,000英里/小時（27,500公里/小時）的速度運(yùn)行。

　　PhiSat-1搭載了新款高光譜熱像儀，具備機(jī)載AI處理能力，這要?dú)w功于英特爾？ Movidius? Myriad? 2 VPU，這種芯片與許多智能攝像頭中的芯片，甚至售價(jià)99美元的地球自拍無人機(jī)的芯片相同。PhiSat-1實(shí)際上是一對衛(wèi)星中的一顆，用于監(jiān)視極地冰層和土壤水分，同時還要通過測試衛(wèi)星間通信系統(tǒng)來創(chuàng)建未來的聯(lián)合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

　　Myriad 2幫助解決的第一個問題是什么？衛(wèi)星上的攝像頭會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)。作為PhiSat-1背后合作的主導(dǎo)方，歐洲航天局（ESA）數(shù)據(jù)系統(tǒng)和機(jī)載計(jì)算負(fù)責(zé)人Gianluca Furano表示：“傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)的能力每代增加100倍，而我們下載數(shù)據(jù)的能力每代僅增加3、4、5倍。”

　　另外，地球隨時都有約三分之二的表面被云層覆蓋。這意味著衛(wèi)星通常會捕獲并保存大量無用的云圖像，并通過有限的下行鏈路帶寬將其發(fā)送到地球，隨后圖像會被再次保存，由科學(xué)家（或算法）在幾小時或幾天后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行審核——最終結(jié)果仍不過是被刪除。

　　Furano說：“智能邊緣，就像西方電影中的天降神兵，拯救了我們?！?團(tuán)隊(duì)一致決定使用機(jī)載處理來識別和刪除無用的云圖像——此舉節(jié)省了大約30%的帶寬。

　　“太空是終極邊緣，” Ubotica（一家機(jī)器人公司）的首席技術(shù)官Aubrey Dunne說，該公司與攝像頭制造商cosine密切合作，構(gòu)建并測試了PhiSat-1的硬件和軟件系統(tǒng)?！癕yriad完全是從頭開始設(shè)計(jì)的，它能夠以極低功耗提供卓越的計(jì)算能力，非常適合太空應(yīng)用?！?/p>

　　但是，Myriad 2原本不是為了軌道運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。Dunne解釋說，航天器計(jì)算機(jī)通常會使用非常專業(yè)的“抗輻射”芯片，這些芯片“可能比最先進(jìn)的商業(yè)技術(shù)落后二十年”。而且人工智能之前一直沒有用在航天器計(jì)算機(jī)上。

　　因此Dunne和團(tuán)隊(duì)通過“輻射表征”對Myriad芯片進(jìn)行了一系列測試，以確定如何處理航天應(yīng)用中發(fā)生的錯誤或磨損。

　　Furano表示，歐洲航天局（ESA）“從未對這么復(fù)雜的芯片進(jìn)行過輻射測試”。“我們不確定測試是否合適……我們還編寫了手冊，記錄如何從頭開始對該芯片進(jìn)行全面的測試和表征。”

　　第一項(xiàng)測試是2018年底在歐洲核子研究組織進(jìn)行的連續(xù)36小時的輻射束爆破試驗(yàn)。Dunne表示，這次測試“壓力很大”。但幸運(yùn)的是這次測試和后續(xù)兩次測試“結(jié)果十分樂觀”。Myriad 2直接通過了測試，無需改裝。

　　就這樣，這種低功耗、高性能的計(jì)算機(jī)視覺芯片驟然準(zhǔn)備就緒，可以到地球大氣層之外去冒險(xiǎn)了。沒錯！但此時又出現(xiàn)了另一個挑戰(zhàn)。

　　通常，人工智能算法是使用大量數(shù)據(jù)進(jìn)行“學(xué)習(xí)”來構(gòu)建或“訓(xùn)練”的——在這種情況下，需要學(xué)習(xí)圖片是否屬于云圖片。但鑒于攝像頭是全新的，“我們沒有任何數(shù)據(jù)，” Furano說。“我們必須利用從現(xiàn)有任務(wù)中提取的合成數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用程序訓(xùn)練。”

　　這些系統(tǒng)和軟件的集成和測試由分布在歐洲各地的六個組織耗時四個月完成。歐洲航天局ESA的PhiSat官員Max Pastena表示：“能夠做到如此快速，如此高效的靈活性，在這么短的時間內(nèi)將所有東西準(zhǔn)備就緒，我們感到非常自豪?！?Furano補(bǔ)充說，從航天器開發(fā)的角度而言，這么短的時間“是一個奇跡”。

　　“英特爾在我們有需要時、遇到問題或不確定時提供后盾支持?！?Dunne說?！拔覀儗Υ朔浅８屑ぁ！?/p>

　　遺憾的是，隨著火箭發(fā)射延遲、冠狀病毒肆虐和夏季風(fēng)干擾等一系列事件的接踵而至，團(tuán)隊(duì)不得不等待一年多的時間才能知道PhiSat-1是否能按計(jì)劃在軌道上運(yùn)行。

　　9月2日，火箭終于在法屬圭亞那成功發(fā)射，這也是由Arianespace太空公司運(yùn)營的首例同類衛(wèi)星共享發(fā)射。為了進(jìn)行初步驗(yàn)證，該衛(wèi)星保存了所有圖像并記錄了對每個圖像制定的云探測決策，以便地面小組確定機(jī)載電腦的表現(xiàn)可達(dá)預(yù)期。

　　經(jīng)過三周認(rèn)真觀察，Pastena宣布：“太空的歷史也有我們的一章了?！?/p>

　　歐洲航天局（ESA）宣布，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)“很高興在軌道衛(wèi)星上揭示地球觀測圖像的首次硬件加速AI推理?！?/p>

　　由于衛(wèi)星僅發(fā)送有用的像素，因此可以“提高帶寬利用率并顯著降低下行鏈路總成本”，還能為地面上的科學(xué)家節(jié)省時間。

　　展望未來，低成本的AI增強(qiáng)小型衛(wèi)星的用途數(shù)不勝數(shù)——添加了運(yùn)行多個應(yīng)用程序的能力后尤其如此。

　　英特爾Movidius技術(shù)辦事處負(fù)責(zé)人Jonathan Byrne表示：“衛(wèi)星不僅可以采用專用硬件來完成特定任務(wù)，還可以切換網(wǎng)絡(luò)。” Ubotica的Dunne將此稱為“衛(wèi)星即服務(wù)”。

　　想想這樣的場景：衛(wèi)星在容易發(fā)生野火的區(qū)域上空飛行，可以在數(shù)分鐘而不是數(shù)小時內(nèi)發(fā)現(xiàn)火情并通知當(dāng)?shù)鼐仍藛T。在通常被忽略的海洋上空，衛(wèi)星可以發(fā)現(xiàn)行為異常的船只或環(huán)境事故。在森林和農(nóng)場上空，衛(wèi)星可以追蹤土壤濕度和農(nóng)作物的生長。在冰上，它可以追蹤冰層厚度和正在融冰的池塘，來幫助監(jiān)測氣候變化。

　　很多可能性都將很快得到測試：ESA和Ubotica正在打造PhiSat-2，這顆衛(wèi)星將攜帶另一顆Myriad 2進(jìn)入軌道。PhiSat-2將“能夠運(yùn)行可通過簡單的用戶界面在飛行器運(yùn)行期間進(jìn)行開發(fā)、輕松安裝、驗(yàn)證和操作的AI應(yīng)用?！?/p>

　　對于英特爾來說，這是一個需求量較小的市場，但其潛在影響是毋庸置疑的。正如Pastena所說，我們最終將能夠把握“地球的脈搏”。