历史上成功率仅43%人类“探火”为何步步惊心

成功率不足一半 人类“探火”为何步步惊心

当前,备受瞩目的多国探测火星行动已经陆续拉开帷幕。受天气状况影响,阿联酋火星探测器“希望号”将发射任务推迟到7月17日进行。我国火星探测器“天问一号”目前已经运抵文昌航天发射场,按预定计划,发射将于7月23日左右进行。

如果前面一切顺利,探测器终于在火星上落了脚,但想要顺利开展工作也并非易事。庞之浩表示,在月球表面工作,月球车需要度过一个长月夜,一个长月夜相当于地球上的14天,温度最低可达到零下180摄氏度。而火星上温差没那么大,一天也是24小时。但火星上的沙尘暴很大,是地球上12级台风造成影响的6倍,这些飞沙会覆盖火星车的太阳能电池板,致使其无法正常工作。历史上,美国第一代和第二代火星车都是受沙尘暴影响而停止工作的。“这就需要充分提高能源的利用率,包括高效太阳能电池技术及高效蓄电池技术,提高能源系统功率质量比,如太阳能电池板尽量要大一些,光电转换效率要更高。”庞之浩说。

人眼看强引力透镜系统的图像,最快就是每秒钟看一张图。而计算机每秒钟可以识别成千上万张图片。

在发射方面,火箭的运载能力、入轨精度和可靠性是实现火星探测的重要前提。月球探测器进入地月转移轨道的速度为10.9千米/秒。而火星探测器要进入地火转移轨道的速度必须达到至少第二宇宙速度(11.2千米/秒)才行。因此,发射同等质量的月球探测器和火星探测器时,后者必须用推力更大的火箭,使探测器直接进入地火转移轨道,否则就需要消耗探测器自身燃料和更长的飞行时间加速,这会影响到探测器寿命。

“如此大的数据量,人工分析在很多时候已经达不到所需要的速度。借助人工智能的优势,我们可以极大地提升对数据的分析速率。”龙潜向科技日报记者介绍,人工智能展现出来的效率和准确性远高于传统方法。

“在这项工作中,我们用计算机分别模拟了强引力透镜图像和非强引力透镜图像,从而来训练计算机。我们发现,在准备训练计算机的图像时,非强引力透镜图像比强引力透镜更加重要。”尔欣中说,开始的分析中,他们使用简单的规则星系图像作为非强引力透镜训练样本,发现结果正确率非常低。只有把各种可能的非引力透镜图像都考虑进来之后,才能得到比较好的结果。

“我们还通过对引力透镜数据的研究,定制了有针对性的小型网络,有效地抑制了过拟合现象,同时实验证明该网络具有与大型网络相似的准确率。相比大型网络,小型网络在普通计算机终端就可以训练和测试,不需要依赖大型GPU集群,这为天文工作者使用和改进网络提供了便利。”龙潜说。

7月21日,正在江西省驰援救灾的福建省消防救援总队福州、南平支队荻溪村驻勤点接到江西省鄱阳县油墩街镇干部求助,称港湖村、长丰村、同兴村有群众需要舟艇疏散转移至政府安置点。接到求助后,福建省消防救援总队调派福州、南平消防指战员,分别前往港湖村、长丰村、同兴村,会同镇、村干部一同疏散群众。

庞之浩解释说,虽然火星大气密度只有地球的1%,但相比月球着陆,火星着陆时探测器多了一个进入大气层和打开降落伞的环节。由于火星大气层可以起到一定的减速作用,所以着陆减速需要控制得特别精准,何时进入,进入的姿态、角度等都不能有丝毫误差。然而,现在人类对火星大气层的了解还比较有限,再加上测控信号延时很长,进入火星大气层前调整姿态、角度和速度必须靠探测器自主执行。在探测器切入火星轨道过程中,如果切入点离火星过远,则不能被火星的引力捕获而掠过火星;如果切入点离火星太近,则可能坠毁于火星大气层。此外,进入火星大气层后,探测器也要自主准时开伞减速、准时切伞、准时抛底、准时悬停避障、准时关机等,稍有闪失就会导致失败。

以2009年发射升空的世界首个用于探测太阳系外类地行星的飞行器开普勒太空望远镜为例,仅在起初3年半的任务期内,就监控了超过15万个恒星系统,同时也产生了海量数据。这些数据通常要经由计算机处理,但当计算机识别出一定的信号时,又必须依靠人类分析,判断其是否是行星轨道所产生的,这项巨大的筛查工作单靠美国国家航空航天局(NASA)的科学家或科学小组,是无法有效完成的。

每秒可识别上万张照片 新型神经网络便于实时修改、训练和测试

如何高效地处理这些数据,已成为现代天文学面临的一项重要挑战。由于人工智能在海量数据分析和处理方面所具有的突出优势,它也很自然地走入了天文学家的视野。

火星是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一,一直以来都是人类深空探测的热点。从60年前,人类就开启了对火星的探险之旅。

美国对火星的探索也是开端不利,1964年,刚刚成立不久的美国国家航空航天局(NASA)发射了“水手3号”火星探测器,当穿过地球大气层时,探测器的一个保护盾未能推出,结果所有的探测仪器都没能打开,美国的第一次尝试也宣告失败。

2020年高考临近,全国不少地方生态环境部门发出通知,要求夜间禁止各类施工扰民,让广大考生静心备考,其中,北京市等一些地方还向社会公开了举报电话。

然而接下来的几年,苏联向火星附近发射探测器又经历了几次失败,研制的“火星2号”探测器具备了登陆轨道的能力,但是在着陆过程中正遇上火星表面发生大规模尘暴,“火星2号”一头撞进火星上的盆地,本次行动以着陆器坠毁而告终。“火星3号”探测器登陆火星20秒后,就跟地球失去了联系。这与1992年NASA的经历相似,“火星观察者”号进入火星轨道后,也很快就失去了联系。

近年来,随着技术日益进步,天文学研究中产生了海量数据。天文学家要想从郭守敬望远镜、“中国天眼”FAST、LSST大型综合巡天望远镜等遍布世界的大型望远镜捕获的海量数据中找出有价值的信息以资研究,无异于大海捞针。

“这个神经网络的训练,主要使用模拟数据,只使用了很少的人工标注数据,由于模拟数据可以任意生成,因此多样性远大于人工标注数据,进一步根据数据的特点调节训练参数和训练算法,使神经网络的泛化能力得到了极大的提高。”龙潜说,此外,研究人员使用新型科学计算语言Julia完全自定义网络结构,由于Julia语言兼具速度和灵活性,使得神经网络在CPU和GPU上都有良好的性能,并且可以任意切换,因此非常有利于研究人员实时修改、训练和测试。

福建消防指战员转移受困群众。郑振盛 摄

也许有人会问,月球探测成功率是不是更高一些?对此,庞之浩表示,月球探测成功率也不算太高,完全成功率约53%,尤其是早期,失败率也比较高。总体来讲,比火星成功率稍微高一些,由于统计方式不同,如对成功和部分成功的理解差异,所以出现有的统计结果是60%左右,也有统计结果显示为50%。

“这就像在教电脑认识什么是狗的时候,还要告诉它猫、羊、牛等都不是狗。而如果你只告诉它猫不是狗,电脑有非常大的概率把羊、牛认成狗。”龙潜说,目前利用机器学习来对天文学中各种天体分类已经非常普遍,最简单的是把恒星和星系分开,或者把不同行态的星系进行分类,以及利用星系的多重颜色来估计星系的距离等。

在业界,火星被称为“探测器坟场”,其探测难度可想而知。

的征程并未就此一帆风顺。2011年,俄罗斯的“火卫一—土壤”星际探测器由于发动机出现故障,未能将其送入飞往火星的轨道,所搭载的中国火星探测器“萤火一号”也一同宣告“探火”失败。

龙潜研究员和尔欣中教授团队此番训练的这个卷积神经网络,可以充分利用GPU进行并行加速,通过装备更多或更强的GPU,系统可以根据实际需要极大提升搜索速度和效率。

别涛表示,将通过这部法律的修订提升治理能力,强化政府监督管理责任,划清各部门监管责任,落实噪声排放单位污染防治的主体责任,加强社会共治。

据生态环境部法规与标准司司长别涛介绍,噪声污染防治法实施已经24年,其间从未修改,更没有配套的行政法规和规章。对这部法律,别涛坦陈:“未能发挥出应有的作用。”

噪声污染问题为何如此突出?我国噪声污染防治法多年未修或许是症结所在。

别涛说,噪声污染防治法的修订将充分借鉴国(境)内外相关法律法规和实践中成功的管理经验,推动达成共识,改善治理成效。

别涛透露,近期,国家市场监管总局通报了2019年全国160个城市12个领域的公共服务质量监测结果,生态环境领域的“周边噪声控制”评价指标得分率较低。生态环境部门受理的环境投诉举报,在大中城市涉及噪声投诉举报的比例超过60%以上。别涛认为,这都反映了及时修订噪声污染防治法的必要性。

事实上,相对于火星探测而言,人类对月球探测已经做了大量尝试,成绩斐然。1959年1月2日,苏联成功发射“月球一号”,拉开了人类探月的序幕;1969年,美国宇航员阿姆斯特朗登月,他的一小步迈出了人类巨大的飞跃;1994年,美国发射的“克莱门汀”探测器,获得了当时最详细的月球表面图像,并发现月球南极可能存在大量水冰;2011年和2013年,美国先后发射探测器,精确测量了月球重力场,并分析了月球稀薄的大气组成等;2019年,我国“嫦娥四号”第一次实现人类探测器月球背面着陆和巡视探测。

生态环境部指出,5月,“联网管理平台”受理的各类污染举报中,噪声污染举报最多,占举报总量的60.1%,其中,反映工业噪声污染的举报占噪声举报的57.3%,其次为反映建设施工噪声污染的举报,占32.1%。5月,噪声污染举报超过了一直以来居首位的大气污染举报。

历史上火星探测成功率仅43%

日前,中国科学院云南天文台丽江天文观测站龙潜研究员与云南大学中国西南天文研究所宇宙学研究组尔欣中教授团队合作,利用人工智能深度学习的方法,发现了38个新的强引力透镜候选体,为研究天体物理学问题提供了新的可靠的“宇宙探针”候选体。英国《皇家天文学会月刊》发表了这项研究成果。

距离人类首次登月已经过去了50多年,而火星依旧人迹未至。那么火星探测与月球探测究竟有哪些区别呢?

其实,近一段时间以来,噪声污染问题日益凸显,公众噪声污染举报甚至超过了大气污染。生态环境部最新发布的今年5月全国“12369环保举报联网管理平台”受理的举报情况就显示,5月噪声污染举报量最大,问题最为突出。

目前,随着技术与装备水平快速发展,人工智能在天文学上的应用还会越来越多。“我们计划对一些变源的多波段光变曲线来进行机器的快速分类,这样在实施大样本巡天的时候,电脑可以自动对所发现的变源进行筛选,并对我们感兴趣的天体做出提示,以便进一步开展后续研究工作。”尔欣中说,正因为人工智能的帮助,天文研究者得以从耗时单调的数据筛查分析中解脱出来,当人力“大海捞针”难以招架之日,正是人工智能大显身手之时。

本报记者 赵汉斌 通讯员 陈 艳

跟月球相比火星探测难在哪儿

由于距离遥远,火星探测器飞抵火星轨道需要260—320天,通信也是个大问题。庞之浩说,从地球发送到火星的无线电信号,单程延时为20分钟左右。同时,由于距离越远,信号就会越弱,再加上宇宙中的噪声干扰,这对信号收发技术是一个非常大的挑战。为了应对信号衰减问题,探测器需要装有高增益、高可靠通信设备,地面也要有直径很大的深空测控天线,以免探测器因通信故障而“迷失”。

福建消防指战员转移受困群众。郑振盛 摄

他说,噪声污染防治法(修改)已列入十三届全国人大常委会立法规划,这部法律的修订由全国人大环资委牵头。2018年12月,全国人大环资委发函委托生态环境部起草噪声污染防治法修订草案建议稿。别涛表示,生态环境部正在认真调研论证、广泛征求各方意见的基础上,研究起草修订草案建议稿。

龙潜研究员长期从事人工智能深度学习方面的研究。近期,他与尔欣中教授团队合作,构建并训练了一个卷积神经网络,用来寻找强引力透镜系统。他们把这个网络应用到欧洲南方天文台2.6米巡天望远镜(VST)千平方度巡天数据,并找到了38个新的强引力透镜候选体。此次构建的神经网络,也可应用于其他大型望远镜的巡天数据。

同时,将聚焦重点问题。重点是着力解决当前环境噪声污染防治工作中面临的部门管理职责划分不清、源头防控不足、罚则不明确等突出问题。加强对相关制度的研究论证,确保制度可行有效。

1964年10月,美国“火星4号”火星探测器向地球传回了人类史上第一张有关火星表面的最近距离的图像,同时回传的还有500多万个比特的科学信息,可以说这一次任务开启了人类空间探索的新时代。

有数据显示,自1960年以来,美国、苏联/俄罗斯、日本、欧洲和印度先后进行了44次火星探测项目,但成功和部分成功的任务仅有23次,完全成功率是43%,其余的项目都出现探测器撞毁、失灵或失踪了。什么是部分成功?全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩在接受科技日报记者采访时解释说:“如苏联‘火星3号’探测器,在降落火星后只发回20秒信号就失联了,有专家说成功,也有人说不成功。”

据庞之浩介绍,火星距离地球最远约4亿公里,最近也要约5600万公里,探测器抵达火星需要飞行这么长的距离,对发射、轨道、控制、通信、电源、入轨、着陆等技术都有很高要求。

进入21世纪,用轨道器探测火星迎来了黄金时代。美国、欧洲航天局相继成功发射了火星探测器。印度也加入到火星探索竞赛中,发射了首颗“火星轨道任务”探测器。然而,人类探测火星

对于噪声污染防治法如何修改?别涛说,这部法律的修订将结合新时代生态环境管理的新要求,坚持问题导向,突出重点,积极稳妥推进。其中,将突出源头治理,落实规划在环境噪声污染防治中的重要作用,做到源头防控;加强对工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活等各类环境噪声源的监管。

福建消防指战员转移受困群众。郑振盛 摄

“火星探测最大的难点是在火星着陆,探测器要经历入轨、下降与着陆过程,这一过程通常被称为恐怖7分钟。”庞之浩说,在火星稀薄的大气环境下需要用7分钟将探测器速度从2万千米/小时降低到零,这需要包括气动减速、降落伞减速和反推减速等多种减速手段融合实现,每个环节都必须精准无误,其难度不亚于“在巴黎打一个高尔夫球要落到东京的一个洞里”。

天文观测产生海量数据 用机器学习给天体分类已十分普遍

1960年10月,苏联向火星先后发射了两枚探测器“火星1A”号和“火星1B”号,但可惜的是,“火星1A”号发射之后第3级火箭点火失败,仅飞至地面120千米高就报废了,“火星1B”号的火箭引擎直接爆炸,空中落下的碎片甚至污染了整个拜科努尔发射场。

随着下一代大规模测光巡天项目的开展,人们期待发现数以万计的强引力透镜系统。但如何在海量天体图像中快速地找到强引力透镜候选体?近年来,人工智能的快速发展,给人类提供了一种新的可能。