AI为探索工具 从尘埃到星辰 一场与空天海洋的对话 - 海洋物理测绘工具

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IT时报记者 郝俊慧

在宇宙的尺度上，地球只是一粒尘埃，但这粒尘埃却上演了生命的奇迹，它如同一个复杂而精密的系统，与身处的空间紧密相连，构成了一个宏大的生命共同体。人类是这个奇迹的参与者和见证者，同时也是探索者。

9月10日，2024浦江创新论坛·空天海洋先进科学与技术论坛（以下简称论坛）在张江科学会堂召开，来自全球的空间和海洋科学家们，共同探讨如何应用卫星、海洋遥感探测器、人工智能等高科技手段，观测分析地球、大气层和星空中的细微变化。

无论是近海台风强度变化的科学实验，还是空天地海一体化通信系统，抑或夜空中闪过的人造卫星，每一次数据的收集，每一个模型的构建，都是人类与这个地球系统对话的方式，是一场探索未来的“奥德赛”。而合作，是“对话”能够深入和持续的关键词。

“科技创新没有国界，面对浩瀚的宇宙和深邃的海洋，任何国家的力量都是有限的，唯有携手并进，方能共创辉煌。”论坛上，中国科学院微小卫星创新院院长胡海鹰如是说。

“教育入手 应用覆盖”

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关键词：合作范式

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这是浦江创新论坛首次举行以“空天海洋”为主题的分论坛，参会的科学家来自全球空间、大气及海洋研究领域，受邀嘉宾有来自阿联酋、印尼、葡萄牙、土耳其等国内外知名高校和机构的学者，也有来自主宾省——山东的中国海洋大学，以及上海市相关知名高校和科研院所的科学家。

全天演讲中，“合作”一词共出现了55次。

“我们身在同一个星球上，大家有着共同的目标。”印尼是典型的赤道群岛国家，其国家研究与创新局航空航天研究中心负责人罗伯特斯·赫鲁·特里哈扬托指出，印尼在不同区域的校准站点、海洋观测站、卫星观测站等，可以更好地了解海洋、森林、红树林、陆地的情况，他希望在解决温室气体排放、精准预测气候变化等方面，可以和更多国家一起合作，打造科学数据共享的平台。

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今年6月，中法天文卫星搭载长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射。该卫星是中法两国联合论证研制的空间科学卫星。从2004年项目启动至今，整整20年，中法两国分别有百余位科学家和工作人员参与，从科学到工程、科学仪器、地面系统等进行了全方位国际合作。如今，中法天文卫星已成为迄今为止全球对伽马暴开展多波段综合观测能力最强的卫星。

中欧之间的合作还在继续。预计2026年，中欧SMILE卫星将发射。届时，SMILE将连续40多小时对地球磁鞘及极尖区进行X射线成像、对全球极光分布进行紫外极光成像，获取太阳风与地球磁层相互作用以及地球空间暴发生、发展变化过程的大量数据。这是中国与欧洲空间局（ESA）进行深度合作的空间科学探测任务，从2017年项目正式启动至今，已近十年。

作为国际空间领域的重要参与者，论坛承办方中国科学院微小卫星创新研究院多年来积极搭建国际合作平台，已经与多个国家和地区建立了紧密的科研合作关系，除中法天文卫星、中欧SMILE卫星外，还建立了葡萄牙星海“一带一路”联合实验室等，而这些合作只是上海在空天海洋领域国际合作深度的一个缩影。

“当合作遇到挑战时，有时可以回溯下历史，从历史中寻求好的故事，寻找更好的办法，以弥合双方之间的差距。”中国科学院微小卫星、创新研究院副院长张永合回顾了大量全球科学合作项目后指出，在新形势下，全球空间科学合作需要新范式，从教育入手，到应用覆盖，提升国际化合作能力，从而在教育、培训、数据共享等多方面探索更多合作模式。

让科学成为“共同的语言”

关键词：孪生

人类正在试图“孪生”一个地球。通过卫星、物联网、遥感等各种观测手段，将大自然中的复杂现象变成数据，并在虚拟世界中“仿真”另一个地球，从而提升我们对世界的认知和控制。

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然而，不可否认，近几年来，各国在出口管制、技术质量、知识产权等方面的政策不同，而打造这个“孪生地球”，需要全球科学家采用同一种语言。

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“遥感，是一种通用语言，”葡萄牙系统与计算机工程技术和科学研究所高级研究员若阿金·若昂·索萨指出，不同国家和地区的技术、产品、探测仪器不同，产生的数据也不同，但通过数据共享，全球将可以用“同一类语言”解决很多问题。

比如，葡萄牙主攻高光谱的卫星，对植被作物的健康、优化土壤等有非常重要的作用，而中国的空间星座计划更宏大，双方合作后，将可以解决土地和海洋观测中数据更新率的问题，提高时间的分辨率，增强数据融合和分析，以及气候与环境监测等等，从而可以更清晰、更高频次地了解地球实时变化，为人类的生产生活提供更有效的决策依据。

以科学为全球通用语言的还有阿联酋大学国家科学与技术中心主任阿里·阿勒谢希。

2015年，阿联酋国家航天局和中国国家航天局签署谅解备忘录，此后，双方在航天领域的合作展开新征程。如今，阿联酋和中国正在进行地球观测卫星计划。每年，阿里·阿勒谢希都会在阿联酋和上海之间多次往返，“上海是我们的第二故乡”。

“我相信，语言不会形成障碍，因为我们讲的是共同的太空语言，是科学语言。在阿拉伯813卫星项目之外，今后双方合作还将向联合开发卫星、开放空间、建立联合实验室、卫星数据共享、科研交换研究等项目上逐步扩展。”阿里·阿勒谢希表示。

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“科学研究要敢于梦想”

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关键词：人工智能

进入2024年，人工智能几乎是所有大型科学论坛逃不开的话题，而对于空间科学研究而言，除了在知识积累和数据分析中，人工智能有着识别人类难以察觉现象的潜力，更重要的是，在空间设计工程中，AI能够带来巨大的效率提升和想象力突破。

目前全球在轨的空间站有两个：国际空间站（ISS）和中国天宫空间站，作为体积最大的人造天体，“造价昂贵”同时也是贴在空间站上的标签之一。

“为什么？成本太高了。”中国科学院卫星数字化技术重点实验室副主任高法睿（Farid Gamgami）指出，由于太空空间站的特殊性，很多设备都是定制而成，很难实现工业上的规模效应，但当AI进入“太空游戏”后，变化发生了。

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你能想象吗？2023年3月22日，一艘由3D打印的火箭起飞了，其85%的部件由3D打印而成，从原材料到飞行仅用了不到60天的时间。这艘美国相对论空间公司（Relativity Space）发射的首枚3D打印火箭“人族1号”，成功验证了3D打印箭体的可靠性。

“做科学研究要敢于梦想，不要太保守。”高法睿回忆，当年读博士的时候，他和同学还在讨论3D打印的火箭能不能在2050年实现，但今天，在AI和3D打印的加持下，火箭推进器的设计制造流程已经从原先的六个月缩短到现在的5天，“AI让太空工程的材料、工具、制造技术和设计思路，实现了质的飞跃。”

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张永合也对被人工智能改变的卫星充满期待，“未来我们看到的卫星有可能是人体骨骼式的。”

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以往，卫星的外形以方形和圆形为主，“工程师设计出来的，大多是我们在日常生活中常见的一些结构，但如果由AIGC来设计，它可以通过计算机对材料强度、工艺结构等多种因素，通过大量数据和模型进行计算和优化，最终或许可以给出一个超越人类思维的外形。”张永合表示。

不过张永合也坦承，实现这个目标还需要一段很长的时间，同时后续的制造能力也要跟上。

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