NASA 的无人飞船“猎户座”将获得一个受《星际迷航》启发的通信系统的帮助

深入了解思科和亚马逊如何为即将到来的 Artemis 1 任务准备他们的太空飞行技术。
Callisto technology payload Installed on Orion
亚马逊

今天早上,Artemis 1 飞行任务原计划发射前往月球,但由于发动机问题遭遇了挫折,已被推迟。如果巨大的太空发射系统能够成功发射升空,那么这次无人测试任务将推动 NASA 的 Artemis 计划向前发展,该计划的最终目标是让宇航员重返月球。SLS 之上的测试飞船猎户座将不会搭载任何人,但洛克希德·马丁公司、思科公司和亚马逊这三家公司联手组装了一个技术包,可以为 NASA 提供更多关于飞船内部情况的信息。

名为“Callisto”的这项合作已经进行了四年。它于今年早些时候向公众公布。这项演示将测试 Alexa 是否可以用于控制某些航天器功能,如灯光,或免提获取遥测数据,以及 Webex 是否可以用于建立安全稳定的视频会议连接等等。

以下是这些公司如何让他们的《星际迷航》风格的技术为太空做好准备的。

太空中的 Beta 测试

对于思科和 Alexa 团队来说,自从 2018 年 9 月洛克希德·马丁公司向他们提出这个想法以来,他们制定了计划,并于 2019 年正式启动了工作。从那时起,两个团队都提出了设计方案,解决了硬件和软件的难题,并进行了最后的润色。

Alexa 的首席语音用户体验设计师 Justin Nikolaus 表示:“当我和洛克希德·马丁公司合作时,我发现他们处理这个项目的方式非常以客户为中心。”“宇航员在太空的时间非常宝贵,行程安排得非常详细,他们希望让他们尽可能高效。他们正在寻找不同的方式让宇航员能够与飞船互动。语音就是其中一种方式。”

从一开始,目标就是让最终用户——宇航员——的生活更轻松、更安全、更愉快。Nikolaus 将目前的尝试称为“某种意义上的 Beta 测试”。

但将地球技术应用于太空的旅程充满了许多独特的挑战。

Alexa 的应用科学经理 Clement Chung 表示:“在每一个重要的里程碑,我们都增加了更多的硬件。我懂建模,我懂机器学习,但对我来说,太空是一个全新的领域。”“我们可以进行规划和猜测它会是什么样子,但随着我们拿到不同的硬件以及飞船开始进行测试,很多我们的假设都失效了。”

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太空舱内的声学环境、飞船的封闭环境,以及宇航员想要对 Alexa 说什么或如何与 Alexa 互动,都是他们最初设计时必须考虑的因素。此外,团队还必须将 Alexa 和亚马逊云与 NASA 的深空网络 (DSN) 集成,并添加本地处理能力以减少延迟。

起初,团队着手调整 Alexa 的功能,并针对不同环境中的不同受众进行了优化。

利用洛克希德·马丁公司提供的太空声音,并考虑到飞船上使用的材料,他们重新训练了模型,因为信噪比不同。为此,思科将利用其背景降噪软件来应对这一挑战。

此外,语音助手 Alexa 还必须学习大量新知识。Nikolaus 说:“仅仅从内容角度来说,我采访了前宇航员和飞行管制员,以了解宇航员想问什么以及如何提供这些信息。”例如,Alexa 可以访问猎户座上的 100,000 个遥测端点,从它收集的任务科学数据,到飞船不同部分的温度和功能,再到它在飞行中的位置和航向。

Nikolaus 说:“我不得不将这些技术数据转化为 Alexa 可以轻松理解的句子,以便说给机组人员听。”“这个环境和这个特定用户有很多我们必须学习、研究并为即将发生的飞行做出适当调整的细微差别。”

云之上,以及云之外

此外,团队还必须解决更宏大的基础设施问题。该设备必须坚固耐用,因为维修团队无法轻易对其进行更新。Alexa 语音服务首席解决方案架构师 Philippe Lantin 说:“当你进入太空时,你需要考虑辐射、冲击、振动、温度控制以及其中的组件。”“你真的不能使用电池,举个例子。我认为这是一次很棒的学习经历,让我们以一种可能更具弹性的方式设计东西。”

设备建造完成后,他们必须弄清楚如何最好地将 Alexa 的功能分配给云和机载计算机。“我们必须弄清楚如何将地面上 VIP 的声音传输到飞船上。所以我们不得不从头开始创建这项技术,”Lantin 说。该项目的一个重点是创建一个独立的 Alexa 版本,不依赖于云。“这个项目允许使用的带宽非常有限。从你说话到听到回应的总时间可能长达 13 秒。”

Callisto 将亚马逊的 Alexa 和思科的 Webex 作为深空通信的商业技术测试。亚马逊

调整带宽可用性和延迟也是思科努力克服的一个问题。除了视频会议,思科还在飞船周围设置了摄像头作为他们的眼睛。思科产品管理副总裁 Jono Luk 说:“目前我们正在传输兆比特的视频,但在深空探索中,我们依赖 NASA 的深空网络,这根本不现实。”

亚马逊工程师认为,使用基于云服务的 Alexa(它会连接到亚马逊服务器来给你回应)在太空中并不可行。因此,他们扩展了一个名为“本地语音控制”的功能,该功能在某些 Echo 系列设备中用于执行获取时间、日期和智能家居命令(如开关灯、改变灯的颜色)等任务。

虽然地面上的人们习惯于让 Alexa 打开灯,但在太空中的 Alexa 将执行类似的操作:它能够控制猎户座上的连接设备。有一组灯光是 Alexa 可以控制的,而 Webex 摄像头将用于确认 Alexa 是否正在打开和关闭灯。

但 Alexa 并非总是在太空中独自存在。团队正在测试的最后一个问题是,Alexa 是否可以发送某些请求到地球上的安全云进行处理。例如,如果宇航员想询问体育比分或了解地球上发生的任何事情。Nikolaus 说:“有些事情是你无法提前知道的。”

如果无人任务中的科技演示顺利进行,两家公司都可以想象未来的应用,这项技术可以帮助载人飞船上的宇航员,即使只是从小事做起,比如设置定时器、日程和提醒。

思科已经在测试一些功能,例如在图片上添加注释,以便地面人员指示宇航员如何在太空中进行实验。Luk 更雄心勃勃地设想,他们可以在未来的测试中整合更具沉浸感的体验,例如增强现实或全息功能

 

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Charlotte Hu

助理科技编辑

Charlotte 是《趣味科学》的助理科技编辑。她对了解我们与技术的关系如何变化以及我们如何在网上生活感兴趣。


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