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美國宇航局求助人工智能設計任務硬件

美國宇航局


美國宇航局求助人工智能設計任務硬件


這個航天器組件由人類設計師定義 ， 由人工智能程序填充 ， 由一塊實心鋁塊銑削而成 ， 具有儀器連接和為激光光路和人手預留的開口，以連接和調整傳感器 。Credit: Henry Dennis
據美國宇航局（By Karl B. Hille）：由人工智能設計的航天器和任務硬件可能類似于一些外星物種留下的骨頭，但它們重量更輕，承受更高的結構載荷，并且需要的時間只是人類設計的零件開發時間的一小部分 。
“它們看起來有些陌生和怪異，”研究工程師瑞安·麥克萊蘭說，“但一旦你看到它們的功能，它就真的有意義了 ?！?br>麥克萊蘭在馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心使用商業可用的人工智能軟件 ， 通過一個他稱為進化設計的過程，開創了專門的一次性部件的設計 。
為了制造這些部件，計算機輔助設計(CAD)專家從任務的要求開始，繪制部件與儀器或航天器連接的表面，以及電子設備和其他硬件的任何螺栓和配件 。設計者可能還需要封鎖一條路徑，以便算法不會阻擋激光束或光學傳感器 。最后，更復雜的構建可能需要為技術人員的手留出空間，以便進行組裝和對齊 。
麥克萊蘭說 ， 一旦所有的禁區都被定義，人工智能就會將這些點連接起來，在短短一兩個小時內產生復雜的結構設計 ?！八惴ù_實需要人眼，”他說 ?！叭祟惖闹庇X知道什么看起來是對的，但如果放任自流，算法有時會使結構變得過于單薄 ?！?br>
美國宇航局求助人工智能設計任務硬件


瑞安·麥克萊蘭展示了一個由3D打印鈦制成的結構支架 。Credits: Henry Dennis
他說 ， 與傳統設計的部件相比，這些進化的部件節省了三分之二的重量，并且可以由商業供應商加工 。麥克萊蘭說:“你可以設計、分析和制造一個原型零件，并且在短短一周內就能拿到手 。” ?！芭c我們習慣的工作方式相比，它可以快得多 ?！?br>麥克萊蘭說，還使用美國宇航局標準驗證軟件和程序分析零件，以確定潛在的故障點 ?！拔覀儼l現它實際上降低了風險 。在這些應力分析之后，我們發現由算法設計的零件沒有人類設計的應力集中 。應力系數幾乎比專業人類設計師設計的零件低10倍 ?！?br>麥克萊蘭的進化組件已被美國宇航局在不同階段的設計和建造任務所采用，包括天體物理氣球天文臺，地球大氣掃描儀，行星儀器，空間天氣監視器 ， 太空望遠鏡，甚至火星樣本返回任務 。
戈達德物理學家彼得·納格勒轉向進化設計，以幫助開發系外行星氣候紅外望遠鏡(EXCITE)任務，這是一種球載望遠鏡，旨在研究圍繞其他恒星運行的熱木星類型的系外行星 。目前正在建設和測試中 ， EXCITE計劃使用近紅外光譜儀對每顆行星圍繞其主恒星的軌道進行連續觀測 。

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瑞安·麥克萊蘭為EXCITE望遠鏡的背面設計了一個鈦支架，計劃最早于2023年秋季進行試飛 。彎曲、交叉的加固結構旨在抵抗明顯的偏心力，鈦3D打印(后部版本)實現了更剛性、更穩定的結構 。Credits: Henry Dennis
“我們有幾個設計要求非常棘手的領域，”Nagler說 ?！疤囟ń涌诤蛧栏褙撦d規格的組合對我們的設計師來說是一個挑戰 ?！?br>麥克萊蘭為EXCITE望遠鏡的背部設計了一個鈦支架，其中容納在鋁制低溫室內的紅外接收器連接到支撐主鏡的碳纖維板 ?！斑@些材料具有非常不同的熱膨脹特性，”Nagler說 。“我們必須在它們之間建立一個不會擠壓任何一種材料的界面 。”
美國宇航局的一個長期超壓力氣球將提升EXCITE任務的SUV大小的有效載荷，計劃最早在2023年秋季進行工程試飛 。
NASA定制零件的理想設計解決方案
人工智能輔助設計是一個不斷發展的行業，從設備零件到整個汽車和摩托車底盤的一切都由計算機開發 。
麥克萊蘭說，NASA的用例特別強大 。
“如果你是一家摩托車或汽車公司，”麥克萊蘭說，“你可能只會生產一種底盤設計，然后你會生產一大堆 。在美國國家航空航天局，我們每年制造成千上萬的定制零件 。”
他說，用樹脂和金屬進行3D打印將開啟人工智能輔助設計的未來，實現更大的組件，如結構桁架、移動或展開的復雜系統或先進的精密光學系統 。“這些技術可以使美國宇航局和商業合作伙伴在軌道上建造更大的部件，否則這些部件將無法安裝在標準的運載火箭上，他們甚至可以利用在月球或火星上發現的材料來促進建設 。”
融合人工智能、3D打印或增材制造以及原位資源利用將推進太空服務、組裝和制造(ISAM)能力 。根據白宮科技政策辦公室的ISAM國家戰略和ISAM實施計劃的定義，ISAM是美國太空基礎設施發展的關鍵優先項目 。
這項工作得到了美國宇航局空間技術任務理事會創新中心基金以及戈達德內部研究與發展(IRAD)計劃的支持 。