MIT 研發(fā)出的反饋系統(tǒng)能夠讓人類(lèi)操作者僅通過(guò)大腦信號(hào)就能實(shí)時(shí)糾正機(jī)器人做出的選擇。研究論文可點(diǎn)擊閱讀原文查閱。
為了讓機(jī)器人按照人類(lèi)想法行事，它們就得理解我們。很多時(shí)候，這意味著不得不做出妥協(xié)：教機(jī)器學(xué)懂得人類(lèi)語(yǔ)言的玄妙，比如，為它們提供特定任務(wù)的具體指令。
但是，如果可以研發(fā)出一種類(lèi)似人類(lèi)自然延伸的機(jī)器人，讓它們可以按照我們的想法自如行動(dòng)，又會(huì)怎么樣？
麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的團(tuán)隊(duì)和波士頓大學(xué)正在攻克這一難題，他們打造出了一種反饋系統(tǒng)，讓人類(lèi)僅用大腦就可以迅速糾正機(jī)器人犯下的錯(cuò)誤，這款 MIT 研發(fā)出的反饋系統(tǒng)能夠讓人類(lèi)操作者僅通過(guò)大腦信號(hào)就能實(shí)時(shí)糾正機(jī)器人做出的選擇。
使用腦電圖（EGG）檢測(cè)器（用來(lái)記錄大腦活動(dòng)的）輸出的數(shù)據(jù)，當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行某個(gè)目標(biāo)分類(lèi)任務(wù)時(shí)，該系統(tǒng)可以識(shí)別出人類(lèi)是否注意到機(jī)器人犯錯(cuò)了。這一團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠幫助系統(tǒng)分類(lèi) 10 到 30 微秒空間中的腦電波。
盡管該系統(tǒng)當(dāng)前只能處理相對(duì)簡(jiǎn)單的二項(xiàng)選擇，但是，這篇論文的資深作者表示，該研究表明，人類(lèi)有一天能夠以更加充滿(mǎn)直覺(jué)的方式控制機(jī)器人。
「想象一下你無(wú)需輸入命令、按按鈕或口頭命令，就可以迅速告訴機(jī)器人做出某個(gè)動(dòng)作。」CSAIL 主任 Daniela Rus 說(shuō)，「這種高效的解決方案將提升人類(lèi)監(jiān)管工廠機(jī)器人、無(wú)人駕駛汽車(chē)以及其它尚未發(fā)明技術(shù)的能力。」
在該項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)使用了一臺(tái)「Baxter」人形機(jī)器人，該機(jī)器人的生產(chǎn)廠商是 Rethink Robotics，其負(fù)責(zé)人是前 CSAIL 主任，也是 iRobot 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Rodney Brooks。
這篇論文的作者是波士頓大學(xué)（BU）的 PhD candidate Andres F. Salazar-Gomez、CSAIL 的 PhD candidate Joseph DelPreto 和 CSAIL 研究科學(xué)家 Stephanie Gil，指導(dǎo)老師為 Rus 和波士頓大學(xué)的教授 Frank H. Guenther。該論文已經(jīng)被將于今年 5 月在新加坡舉辦的 IEEE 機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議（ICRA）接收。
通過(guò)直覺(jué)與機(jī)器人互動(dòng)
在過(guò)去，通過(guò) EEG-控制的機(jī)器人需要人類(lèi)以計(jì)算機(jī)可識(shí)別的固定方式進(jìn)行「思考」。例如，一個(gè)操作人員面前有兩束亮光，他必須要看其中一個(gè)才能讓機(jī)器進(jìn)行特定工作，因?yàn)槊恳皇凉舛寂c機(jī)器人的特定工作任務(wù)有關(guān)。
這種方法的缺陷在于訓(xùn)練過(guò)程和對(duì)人思維活動(dòng)的建模是非常耗時(shí)耗力的，特別是對(duì)那些監(jiān)督導(dǎo)航與構(gòu)建工作的人來(lái)說(shuō)更是如此，因?yàn)檫@些任務(wù)需要高強(qiáng)度的注意力。
Rus 的團(tuán)隊(duì)想把這整個(gè)過(guò)程變得更自然點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，他們聚焦于一種稱(chēng)為「誤差相關(guān)電位（error-related potential，ErrP）」的大腦信號(hào)，只要我們的大腦意識(shí)到了一個(gè)錯(cuò)誤，這種信號(hào)就會(huì)生成。當(dāng)機(jī)器人給出它打算做哪一種選擇時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)使用 ErrP 信號(hào)來(lái)判斷人類(lèi)是否同意機(jī)器的這個(gè)決定。
「當(dāng)你看著這個(gè)機(jī)器人時(shí)，你所需要做的僅僅是在大腦中同意或者反對(duì)它正在做的事情就可以了，」Rus 說(shuō)道，「你不必訓(xùn)練自己一定要以某種特定方式來(lái)思考——我們的機(jī)器會(huì)來(lái)適應(yīng)你，而不是反過(guò)來(lái)。」
大腦 ErrP 信號(hào)非常微弱，也就是說(shuō)該系統(tǒng)必須要調(diào)整得足夠到位才能讓它既可以分類(lèi)這些信號(hào)又可以配合反饋回路中的人類(lèi)操作員。除了首要檢測(cè) ErrP 信號(hào)外，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有意識(shí)到來(lái)自人類(lèi)的糾錯(cuò)信號(hào)時(shí)，團(tuán)隊(duì)也讓機(jī)器去偵測(cè)所謂的「次要錯(cuò)誤（secondary errors）」。
「如果機(jī)器人不確定自己的決定，它可以觸發(fā)一種人類(lèi)反饋機(jī)制來(lái)獲得更加準(zhǔn)確的答案，」Gil 說(shuō)道，」這些信號(hào)可以非常有效地改善精度，創(chuàng)造一個(gè)人機(jī)之間持續(xù)交流相互決策的對(duì)話(huà)過(guò)程。」
盡管該系統(tǒng)還仍然無(wú)法實(shí)時(shí)識(shí)別第二類(lèi)錯(cuò)誤信號(hào)，但 Gil 預(yù)計(jì)該模型在能夠識(shí)別該信號(hào)后可以提升 90% 的精度。
此外，由于 ErrP 信號(hào)的強(qiáng)度已被證明可以顯示機(jī)器人的錯(cuò)誤到底有多嚴(yán)重，所以，該團(tuán)隊(duì)相信未來(lái)的系統(tǒng)可以擴(kuò)展到更加復(fù)雜的多選項(xiàng)任務(wù)中去。
Salazar-Gomez 指出，該系統(tǒng)甚至也適用于那些無(wú)法進(jìn)行口語(yǔ)交流的人：像拼寫(xiě)這樣的任務(wù)可以通過(guò)一系列離散的二元選擇（discrete binary choices）來(lái)完成，Salazar-Gomez 將其比作一種高級(jí)版本的眨眼機(jī)制，該機(jī)制允許中風(fēng)患者 Jean-Dominique Bauby 可以撰寫(xiě)自己的回憶錄《潛水鐘與蝴蝶（Le Scaphandre et le Papillon）》。
「該項(xiàng)工作讓我們距開(kāi)發(fā)有效腦控制機(jī)器人和假體的目標(biāo)更近了一步，」弗萊堡大學(xué)計(jì)算機(jī)教授 Wolfram Burgard 說(shuō)道（他沒(méi)有參與此項(xiàng)研究），「考慮到將人類(lèi)語(yǔ)言翻譯成一種有意義的機(jī)器可識(shí)別的信號(hào)是件異常困難的事情，該領(lǐng)域的工作對(duì)于未來(lái)的人機(jī)協(xié)作實(shí)在是具有深遠(yuǎn)影響。」
該項(xiàng)目的部分資助來(lái)自波音公司（Boeing）與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）。以下是對(duì)原論文的摘要介紹：
論文題目：通過(guò) EEG 信號(hào)實(shí)時(shí)糾正機(jī)器人所犯的錯(cuò)（Correcting Robot Mistakes in Real Time Using EEG Signals ）
摘要：借由人類(lèi)合作者大腦活動(dòng)與機(jī)器人進(jìn)行交流能夠提供一種直接而且快速的反饋回路，對(duì)人類(lèi)合作者來(lái)說(shuō)，這一交流方式簡(jiǎn)單而且自然，從而使得根據(jù)直覺(jué)與機(jī)器人互動(dòng)完成各種任務(wù)就不再是夢(mèng)。這一論文探索了將誤差相關(guān)電位（ErrP）應(yīng)用到閉環(huán)機(jī)器人控制的方法。ErrP 信號(hào)對(duì)機(jī)器人任務(wù)特別有用，因?yàn)樗鼈兪谴竽X活動(dòng)對(duì)預(yù)期之外誤差做出反應(yīng)的過(guò)程中自然出現(xiàn)的。我們解碼了人類(lèi)操作員實(shí)時(shí)控制一臺(tái) Rethink Robotics Baxter 機(jī)器人完成一個(gè)兩項(xiàng)選擇任務(wù)過(guò)程中的 ErrP 信號(hào)。我們也表明，利用這一閉環(huán)機(jī)器人任務(wù)期間生成的、與潛在誤差相關(guān)的次要互動(dòng)信號(hào)能夠大大提升機(jī)器人的分類(lèi)任務(wù)表現(xiàn)，這也暗示著新的讓機(jī)器人獲取人類(lèi)反饋的手段。我們完整描述了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，也展現(xiàn)了實(shí)時(shí)閉環(huán)以及開(kāi)環(huán)控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及對(duì)主要（primary）和次要（secondary）ErrP 信號(hào)的離線(xiàn)分析。我們使用了一般人群的受試者完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這些受試者之前未經(jīng)訓(xùn)練或篩選。因此，這一研究證實(shí)了 EGG 為基礎(chǔ)的回路方法的潛力，有望實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的機(jī)器人控制，也朝著實(shí)時(shí)直覺(jué)互動(dòng)這一目標(biāo)更進(jìn)了一步。
圖 1：基于實(shí)時(shí)解碼觀察者的 EEG 信號(hào)，機(jī)器人被告知它的首個(gè)動(dòng)作是錯(cuò)誤的，并且它會(huì)根據(jù)合適的物體類(lèi)別做出正確選擇
圖 4：系統(tǒng)包含一個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)控制器、Baxter 機(jī)器人、一個(gè) EEG 獲取與分類(lèi)系統(tǒng)。一個(gè) Arduino 系統(tǒng)轉(zhuǎn)播控制器和 EEG 系統(tǒng)之間的信息。機(jī)械連接開(kāi)關(guān)檢測(cè)機(jī)械臂動(dòng)作啟動(dòng)。
圖 6：識(shí)別一次 EEG 數(shù)據(jù)緩沖中的 ErrP 的各種預(yù)處理和分類(lèi)階段。這個(gè)決策會(huì)立即影響到機(jī)器人的行為，而機(jī)器人的行為又會(huì)影響到 EEG 信號(hào)，從而形成反饋回路的閉環(huán)。
原文鏈接：http://news.mit.edu/2017/brain-controlled-robots-0306
Nature重磅| IBM再放大招！
量子計(jì)算今年實(shí)現(xiàn)商業(yè)通用！
來(lái)源：大數(shù)據(jù)文摘（ID:BigDataDigest）
作者：Davide Castelvecchi
編譯團(tuán)隊(duì)：任杰，姜范波
只要努力，就會(huì)實(shí)現(xiàn)。IBM公司在3月6日宣布，計(jì)劃在年內(nèi)推出世界上第一份商業(yè)“通用”量子計(jì)算服務(wù)。這個(gè)系統(tǒng)叫做IBM Q，它將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)訪(fǎng)問(wèn)。
IBM Q不會(huì)超越傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，至少目前還沒(méi)有。 但公司表示，該系統(tǒng)將是發(fā)展未來(lái)“量子機(jī)”市場(chǎng)的關(guān)鍵，它可以處理傳統(tǒng)電腦無(wú)法處理的復(fù)雜計(jì)算。 云服務(wù)是最近比較熱門(mén)的“建立有用的量子計(jì)算機(jī)”這場(chǎng)戰(zhàn)役的戰(zhàn)利品。
該項(xiàng)目建立在IBM圍繞現(xiàn)有云計(jì)算服務(wù)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有技術(shù)Quantum Experience的基礎(chǔ)上，任何人都可以免費(fèi)訪(fǎng)問(wèn)它。 該系統(tǒng)在2016年5月上線(xiàn)，最近對(duì)用戶(hù)界面進(jìn)行了升級(jí)。 “上線(xiàn)十個(gè)月，目前已經(jīng)教會(huì)了我們很多東西。”紐約Yorktown Heights的IBM研究中心領(lǐng)導(dǎo)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Jerry Chow說(shuō)。 它為世界各地的研究人員提供了一種方法練習(xí)建立量子算法，而無(wú)需訪(fǎng)問(wèn)自己的量子計(jì)算機(jī)。 IBM的總體戰(zhàn)略是圍繞其技術(shù)構(gòu)建“社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)”，Chow說(shuō)。
IBM對(duì)IBM Q上線(xiàn)的具體時(shí)間守口如瓶，只宣稱(chēng)會(huì)盡快上線(xiàn)。也沒(méi)有公開(kāi)系統(tǒng)到底有多強(qiáng)大，或者訪(fǎng)問(wèn)成本是多少。 該公司聲稱(chēng)已經(jīng)排好了第一批客戶(hù)，但是不會(huì)對(duì)他們區(qū)別對(duì)待，只說(shuō)幾個(gè)商業(yè)合作伙伴將在IBM Q上開(kāi)發(fā)和測(cè)試自己的應(yīng)用程序。
量子競(jìng)爭(zhēng)
量子計(jì)算機(jī)利用亞原子物理學(xué)的反直覺(jué)特性，其中稱(chēng)為量子位（quantum bits）或量子位的信息位（qubits）可以同時(shí)承擔(dān)多個(gè)狀態(tài)，而不是簡(jiǎn)單地表示0或1，如經(jīng)典計(jì)算中的位（bits）。 從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，理論物理學(xué)家（包括IBM的一些人）已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于量子比特的算法，理論上可以以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快的速度執(zhí)行某些任務(wù)。
但在實(shí)踐中，在所謂的“通用量子計(jì)算機(jī)”，獲得足夠的量子位協(xié)同運(yùn)行任何這樣的算法，已經(jīng)被證明是極具挑戰(zhàn)性的。有兩種技術(shù)已經(jīng)成為處理量子位的先驅(qū)。 一個(gè)使用電場(chǎng)和磁場(chǎng)在真空中捕獲單個(gè)離子; 另一個(gè)將量子比特納入恒定在高于絕對(duì)零度以上幾度的微觀超導(dǎo)電路中。 IBM更篤定后一種方法。
近年來(lái)，谷歌也加入了這一行列，谷歌在加利福尼亞的圣巴巴拉建立了一個(gè)超導(dǎo)量子比特實(shí)驗(yàn)室。 谷歌，IBM和其他一些公司和學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)宣布，設(shè)計(jì)了“搭建超越傳統(tǒng)電腦的機(jī)器”的規(guī)劃圖。 但是這些機(jī)器需要運(yùn)行大約50個(gè)量子位。 當(dāng)前可達(dá)大約20個(gè)量子位，幾乎還不足用作簡(jiǎn)單的計(jì)算。
實(shí)際問(wèn)題
所以當(dāng)IBM推出Quantum Experience，它可以運(yùn)行在五個(gè)超導(dǎo)量子位上，許多人不以為意。 物理學(xué)家克里斯托弗·門(mén)羅（Christopher Monroe）在馬里蘭大學(xué)帕克分校（University of Maryland）經(jīng)營(yíng)一個(gè)離子阱實(shí)驗(yàn)室，他說(shuō)：“很多人把它看成是一個(gè)宣傳的噱頭。 但我認(rèn)為這有著不同尋常的意義。”
即使它不是目前最先進(jìn)的機(jī)器，IBM也不得不克服許多挑戰(zhàn)，使得Quantum Experience能真正上線(xiàn)，使它可用于研究人員而不一定是物理學(xué)家，即便從來(lái)沒(méi)有在量子計(jì)算機(jī)上工作過(guò)。 這包括創(chuàng)建了一個(gè)無(wú)需物理學(xué)家持續(xù)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。 “把機(jī)器放在云上明顯是要做的事情，”Monroe說(shuō)。 “但是，要使系統(tǒng)達(dá)到這個(gè)水平需要大量的工作。
訪(fǎng)問(wèn)量子體驗(yàn)或IBM Q等系統(tǒng)也意味著世界各地的研究人員可以開(kāi)始致力于量子編程的獨(dú)特挑戰(zhàn)。 這與常規(guī)編碼非常不同，并且需要程序員理解和適應(yīng)物理量子位的限制。 原則上，五位量子機(jī)很容易模擬傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，甚至是筆記本電腦的使用方式，Monroe說(shuō)。 但應(yīng)用真正的量子位不是那么簡(jiǎn)單。
“真正的挑戰(zhàn)是，你是否可以使你的算法在真還不算完備的硬件上運(yùn)行，”麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家Isaac Chuang說(shuō)。
Chow說(shuō)，IBM Q將比Quantum Experience有更多的量子位，但該公司還沒(méi)說(shuō)到底能提供多少位的。
量子云的時(shí)代
迄今為止，Quantum Experience吸引了來(lái)自100多個(gè)國(guó)家的約40,000名用戶(hù)。 例如，Chuang在去年年底在線(xiàn)教授的研究生級(jí)別的課程，量子計(jì)算，以便學(xué)生可以真實(shí)的量子計(jì)算機(jī)上練習(xí)編程。
該系統(tǒng)的用戶(hù)已經(jīng)進(jìn)行了275,000次實(shí)驗(yàn)，并發(fā)表了約15篇研究論文。 其中一個(gè)由Monroe及其合作者領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將IBM的超導(dǎo)機(jī)器的性能與Monroe實(shí)驗(yàn)室的五量子的離子阱機(jī)器的性能進(jìn)行了比較。 公司的量子云服務(wù)更快，但Monroe的機(jī)器更精確。
Monroe共同創(chuàng)辦了一家名為IonQ的初創(chuàng)公司，期望推出基于云的離子阱量子服務(wù)，但他并不關(guān)注具體時(shí)間。谷歌公司在圣巴巴拉的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人John Martinis說(shuō)，谷歌計(jì)劃用自己的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)做同樣的事情，但只有在它搭建了能運(yùn)行的50量子位計(jì)算機(jī)之后。
與此同時(shí)，D-Wave是一家總部位于加拿大本拿比的公司，自2010年以來(lái)一直在云上開(kāi)展量子計(jì)算服務(wù)。“我們的戰(zhàn)略核心是真正適應(yīng)云訪(fǎng)問(wèn)模式，”這些系統(tǒng)的高級(jí)副總裁Jeremy Hilton說(shuō)。 但D-Wave的機(jī)器不是“通用”計(jì)算機(jī)，只能運(yùn)行一定范圍內(nèi)的量子算法。 然而，有幾個(gè)研究小組已經(jīng)將其用于他們的項(xiàng)目。
來(lái)源：http://www.nature.com/news/ibm-s-quantum-cloud-computer-goes-commercial-1.21585
NASA“可變比沖磁等離子體火箭”
發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)展
本文由國(guó)防科技要聞（ID:CDSTIC）授權(quán)轉(zhuǎn)載
作者：馮云皓 中國(guó)國(guó)防科技信息中心
2017年2月，Ad Astra火箭公司已完成NASA 2015年授予的為期三年、價(jià)值900萬(wàn)美元合同一半的進(jìn)程（該合同旨在研發(fā)基于等離子體的“可變比沖磁等離子體火箭”發(fā)動(dòng)機(jī)），該發(fā)動(dòng)機(jī)能在100千瓦下持續(xù)點(diǎn)火10秒或在50千瓦下持續(xù)點(diǎn)火1分鐘。計(jì)劃2018年初使其等離子體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在100千瓦功率水平下持續(xù)點(diǎn)火100小時(shí)。“可變比沖磁等離子體火箭”（VASIMR）發(fā)動(dòng)機(jī)不同于高燃耗的常規(guī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，它只需要極少燃料，未來(lái)可望使航天器達(dá)到足夠高的速度，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)系載人探索任務(wù)。
VASIMR發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介
工作原理 該火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以惰性氣體——?dú)鍤庾鳛榈入x子體來(lái)源。其工作原理是：①火箭發(fā)動(dòng)機(jī)第一級(jí)首先電離氬氣，將其轉(zhuǎn)化為低溫等離子體。②隨后，發(fā)動(dòng)機(jī)將等離子體注入第二級(jí)——“助推器”，等離子體在此進(jìn)行“離子回旋共振加熱”。助推器使用無(wú)線(xiàn)電頻率激活這些離子，使其來(lái)回振蕩。③隨著離子共振并獲得更多能量，這些離子加快自旋并形成超高溫等離子體流。最終，該等離子體流通過(guò)螺旋型的噴嘴，并被加速排出火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，產(chǎn)生推力。
▲VASIMR發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理
性能優(yōu)點(diǎn) 不同于化學(xué)燃料火箭，等離子體火箭靠電力運(yùn)行。在太空飛行時(shí)，無(wú)需巨大的燃料箱或液氫/液氧燃料貯存器，僅需要一些太陽(yáng)能電池板。
該發(fā)動(dòng)機(jī)利用太陽(yáng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)等離子體的生成以及助推器激活等離子體，并可以調(diào)整用于這兩個(gè)過(guò)程的能量。當(dāng)航天器需要更多推力時(shí)，更多能量可用于生成等離子體；該過(guò)程使用更多推進(jìn)劑，但為擺脫重力井（如地球軌道）提供所需推力。其后，當(dāng)航天器快速移動(dòng)時(shí)，更多能量可被轉(zhuǎn)移至助推器，提供更高的比沖和更大的燃料效率。這類(lèi)似于汽車(chē)換檔：在爬坡時(shí)，更多發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力施加到扭矩而不是轉(zhuǎn)速，從而緩慢爬坡；在平直的高速公路行駛時(shí)，則換高速檔。飛往火星不能一直使用“第一檔”，這是化學(xué)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在火星任務(wù)中會(huì)耗盡燃料的原因。
該發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在整個(gè)燃燒過(guò)程中，等離子體被限制在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)里面。實(shí)際上，這將大幅降低發(fā)動(dòng)機(jī)耗損——這對(duì)于建造使人類(lèi)抵達(dá)整個(gè)太陽(yáng)系的航天器而言非常有用。
與“霍爾”推進(jìn)器相比，VASIMR每單位燃料還能產(chǎn)生約兩倍的沖量，使其使用更少推進(jìn)劑即可執(zhí)行相同的任務(wù)。
盡管VASIMR發(fā)動(dòng)機(jī)在理論上可能實(shí)現(xiàn)航天器39天抵達(dá)火星，但其面臨著重大挑戰(zhàn)：需要核反應(yīng)堆來(lái)提供足夠動(dòng)力。研究人員認(rèn)為，大型且可控的太陽(yáng)能電池陣列最終可為電推進(jìn)提供高達(dá)1兆瓦的功率，但這一數(shù)值是根據(jù)地日距離計(jì)算的結(jié)果，太陽(yáng)能在火星以遠(yuǎn)區(qū)域?qū)⒋蠓p。因此，太陽(yáng)能動(dòng)力似乎對(duì)于內(nèi)太陽(yáng)系航天運(yùn)輸有效，對(duì)于火星以遠(yuǎn)區(qū)域的效用將降低。
“光子激光推進(jìn)器”將促進(jìn)
載人太空旅行發(fā)展
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作者：馮云皓
據(jù)航空航天日?qǐng)?bào)與防務(wù)報(bào)告報(bào)道，Y.K.Bae公司首席執(zhí)行官、物理學(xué)家Young Bae表示，作為一種先進(jìn)的動(dòng)力源，“光子激光推進(jìn)器”(PLT)可能是最終實(shí)現(xiàn)在太陽(yáng)系及更遠(yuǎn)深空中進(jìn)行高速載人太空旅行的催化劑,并可支持低地球軌道商業(yè)盈利活動(dòng)。
10年前,Young開(kāi)始在NASA“創(chuàng)新先進(jìn)概念”項(xiàng)目的資助下研發(fā)該技術(shù)。從根本上講,PLT利用光子源,使能量射向配備反射鏡的航天器。Young聲稱(chēng),新的研究與發(fā)展工作和低地球軌道演示驗(yàn)證可促進(jìn)PLT技術(shù)成熟化,實(shí)現(xiàn)“光子鐵路”,該技術(shù)將與幾十年前發(fā)明的晶體管及其引發(fā)的電子革命具有同樣的經(jīng)濟(jì)前景。
▲”光子激光推進(jìn)器“試驗(yàn)使用激光成功加速了一個(gè)重450克的航天器模型
Young概述了PLT的技術(shù)構(gòu)想和主要挑戰(zhàn)。Young設(shè)想利用該技術(shù)在3天內(nèi)抵達(dá)火星,或者在冥王星為載人探索建立“光子車(chē)站”,以及實(shí)現(xiàn)大幅加速的空間通信。這些目標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)火箭推進(jìn)技術(shù)的極限。該構(gòu)想的一個(gè)重要部分涉及可盈利的近期應(yīng)用。
Young強(qiáng)烈建議政府機(jī)構(gòu)對(duì)PLT技術(shù)進(jìn)行投資,以深化對(duì)光子量子力學(xué)方面的理解并克服衍射極限。PLT可在近期實(shí)現(xiàn)能產(chǎn)生投資回報(bào)的應(yīng)用,這對(duì)于空間商業(yè)化來(lái)說(shuō)非常重要。
根據(jù)Young的構(gòu)想,擴(kuò)展PLT技術(shù)需要組裝多個(gè)高度精制的空間反射鏡,最終使直徑達(dá)到數(shù)百千米。由激光推進(jìn)的光子將在裝有反射鏡的光子源和裝有反射鏡的遠(yuǎn)距離航天器之間反彈成千上萬(wàn)次。
▲PLT利用光子源，使能量射向配備反射鏡的航天器
PLT技術(shù)在載人航天上的一種應(yīng)用是,把航天員置于巨型圓盤(pán)反射鏡的中心,在此加速度力將達(dá)到1G,可提供人造重力,應(yīng)對(duì)失重造成的物理危害。
關(guān)于PLT的技術(shù)挑戰(zhàn),Young表示,制造和覆蓋反射鏡表面的材料需要強(qiáng)化;必須克服激光束衍射極限,或許可利用德國(guó)發(fā)起的激光束“凍結(jié)”研究;使激光束目標(biāo)尺寸縮減10倍,就能使電力需求降低100倍。除此,在太空中建立基礎(chǔ)設(shè)施,還將需要利用多項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展,包括:空間太陽(yáng)能發(fā)電;太空制造,包括3D打印;機(jī)器人和自主空間系統(tǒng),以及在其他商業(yè)航天任務(wù)中有潛在應(yīng)用的技術(shù)。
使用配備反射鏡的“領(lǐng)航者”(shepherd)航天器,PLT可在地球軌道進(jìn)行擴(kuò)展;“領(lǐng)航者”裝有光子源,可指揮配備反射鏡的立方體衛(wèi)星進(jìn)行編隊(duì)定位。
這種設(shè)計(jì)可支持無(wú)需推進(jìn)劑的大型虛擬空間望遠(yuǎn)鏡、合成孔徑雷達(dá)對(duì)地觀測(cè)、地球磁場(chǎng)持續(xù)監(jiān)測(cè)以及其他分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的需求。
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