2026年7月30日
- 德國航空航天中心 (DLR) 的國家太空運作中心 (GSOC) 利用其數十年來在航太任務運作方面的經驗，為 METIS 援助系統的發展奠定了基礎。
- 真實的遙測資料、記錄的異常情況、操作程序以及飛行控制人員的經驗，使得開發和測試過程變得特別實用。
- METIS 的目標是為未來執行月球以外任務的太空人提供支持，因為由於訊號傳播時間過長，無法從地球獲得即時援助。
- 全球航太營運中心 (GSOC) 結合了航太飛行操作和研究，因此可以將哥倫布計畫的操作知識轉化為自主深空任務的技術。
- 重點領域：太空旅行、人機互動、人工智慧輔助系統
德國航空航天中心（DLR）已開始著手解決人類太空飛行未來發展的一個關鍵問題：如何操控一艘執行深入太空任務的太空船，使其遠離地球，無法為太空人提供即時支援？一個可能的方案是開發類似METIS（火星探測遙測驅動資訊系統）的智慧學習輔助系統——其理念是打造一個可靠的、現實世界版的“HAL 9000”，類似於電影《2001太空漫遊》中的虛構人物。這項概念的研究工作正在位於奧伯普法芬霍芬的DLR國家航天運行中心（GSOC）進行，幾十年來一直是歐洲航天飛行的日常實踐基地。
例如，德國航空航天中心（DLR）透過其全球太空運作中心（GSOC），代表歐洲太空總署（ESA）支援國際太空站（ISS）上哥倫布艙的運行，哥倫布艙是歐洲對國際太空站的貢獻。控制中心接收遙測數據，監控系統，執行各項程序，與太空人保持通信，規劃他們的活動，準備指令，啟動維護程序，並評估艙內異常情況。 METIS系統旨在接手太空深處的技術、經驗、人機互動、控制系統以及決策等各個環節。
「METIS是我們與工業合作夥伴System Vertrieb Alexander SVA GmbH在哥倫布控制中心共同開發的智慧輔助系統概念，」德國航空航天中心（DLR）太空運作與太空人訓練設施METIS計畫負責人卡斯滕·哈特曼（Carsten Hartmann）表示。 「該系統旨在學習當前控制中心如何進行空間操作，並從中汲取經驗，為未來的任務操作開發工具。未來，METIS將直接搭載於航天器上，為宇航員提供支援。METIS的獨特之處在於其實用性。METIS並非基於抽象的數據集，而是基於真實的空間操作，這些數據、知識和經驗已在哥倫布控制中心（GSOC）積累多年。
在與地球失去即時聯繫時，為太空人員提供援助和支援。
當今人類航太面臨的下一步挑戰催生了這項需求。自從人類航太誕生以來，人類一直在近地軌道太空站或地月軌道上工作。在所有這些任務中，地球距離控制中心足夠近，可以實現快速通信，訊號傳輸時間允許即時對話，或僅有幾秒鐘的延遲。但對於未來超越月球軌道的任務而言，情況將不再如此。例如，在火星任務中，無線電訊號單程傳輸可能需要長達23分鐘。因此，回覆可能需要長達46分鐘。在危急情況下，這顯然為時已晚。
深空完全自給自足－人類太空飛行典範的轉變。
未來月球以外的太空人必須獨立行動，這史無前例。太空任務的這種自主性將透過智慧系統來實現，這些系統能夠對資料進行分類、控制日常流程、提出建議並做出決策。 METIS 並非簡單地「接管控制權」的程序。
基本想法是將系統建構成多智能體系統。這個概念是基於人類的決策過程，即所謂的OODA循環：觀察、評估、決策、行動。監控智能體負責監測與太空船狀態相關的眾多參數。推理智能體評估異常情況並提出相應的解決方案。規劃智能體在運作過程中審查並修改流程。指揮智能體負責指令的準備與執行。
國際太空站的哥倫布艙為METIS系統提供了靈感，例如，它提供了運作邏輯、程式、歷史遙測資料和已記錄的異常情況。飛行控制人員的經驗知識也對此進行了補充。他們不僅評估單一測量值，而且理解某個數值在特定活動、系統配置或先前偏差背景下的意義，並能做出相應的反應。所有這些構成了METIS系統訓練所依賴的龐大資料庫。
為了獲得必要的態勢感知能力，數十年來存檔的遙測資料尤其寶貴。準確評估態勢極為複雜，尤其是在太空船這種封閉的高科技環境中。這種複雜性是自主輔助系統面臨的最大挑戰之一。例如，溫度讀數可能看似正常，但也可能預示著嚴重問題。日常計劃的延誤可能無關緊要，但也可能對太空船上的其他活動以及安全造成影響。警報可能指向真正的異常情況，也可能是由已知的功能測試觸發的。未來，METIS 將能夠更快地捕捉到此類關聯，並將其轉化為太空人理解的資訊。
可追溯性－人們信任人工智慧助理的關鍵
輔助系統能夠以閃電般的速度提供結果。然而，在特定情況下，這些結果是否被認為是可靠的，還是被視為一種奇怪的“人工智慧幻覺”，關鍵取決於人們之前使用虛擬助理的經驗。即使在潛在的重大事件發生之前，人工智慧也必須證明其可信度和可靠性。這需要事先投入大量時間，並且始終保持機器輸出結果的最大透明度。因此，其可追溯性是METIS架構的核心組成部分。輔助系統必須始終能夠解釋其對情況進行特定評估的原因。它必須了解自身的局限性，並始終允許人工幹預。畢竟，我們不想創造出像庫伯力克電影中那樣的“HAL 9000”，能夠無視機組人員的指令。
METIS系統目前還不是持續太空飛行任務的運作系統，而是由地面原型機組成。該系統目前正在地面的哥倫布模擬器上進行測試。在那裡，研究人員可以在不干擾地球軌道實際運作的情況下，研究各項活動、遙測資料和異常情況。太空研究的一項基本原則是，新系統必須經過逐步測試、驗證和理解，才能承擔安全關鍵任務。 METIS團隊的目標是，一旦系統達到必要的技術成熟度，就盡快在國際太空站（ISS）上進行測試，從而在載人太空任務的真實環境中進行測試。
德國航空航天中心 (DLR) 在國家太空運作中心 (GSOC) 的太空研究
METIS 等輔助系統展現了德國太空運作中心 (GSOC) 研究活動的潛力。德國航空航天中心 (DLR) 在此將兩個領域相結合：一方面，從國際太空站 (ISS) 運作中累積的經驗能夠為技術和任務概念帶來新的思路和知識，從而在 2030 年代顯著推進人類航太事業的發展——從月球到火星，乃至更遠的地方。
[照片]
(A) 太空旅行新時代：月球以外的太空任務
月球與地球同框－這張照片由NASA的獵戶座太空船於2026年4月拍攝，當時正值阿爾忒彌斯2號任務的第六天。地球的月牙與月球相比顯得格外渺小，它正從右側的月球地平線後緩緩落下。阿爾忒彌斯2號是近55年來首次載人登月任務。如果未來的載人任務要飛得更遠，例如前往火星，那麼太空探索將開啟一個新時代。與地球通訊的訊號傳輸時間將越來越長。自載人太空任務開始以來一直沿用的與控制中心的即時通訊將不再可能。太空人需要具備自主操作的能力。
(B) 示意圖：未來火星探測器中的人工智慧輔助系統（人工智慧驅動的示意圖）
未來的載人任務將更加依賴機載輔助系統－例如，當訊號從火星傳輸到地球的時間延遲導致控制室直接提供支援的時間最多延遲46分鐘時。無論是支援機載日常工作，或是在突發事件中需要基於可靠資訊快速採取行動時作為決策輔助工具，太空人必須在如此遠的距離下自主操作，而無法與地球上的任務控制中心進行即時通訊。這將開啟人類太空飛行的新時代。
(C) METIS架構
這張圖展示了目前版本的系統架構：頂部是人，底部是太空船，中間是METIS系統，負責與兩者通訊。
(D) METIS專案路線圖
該圖大致概述了METIS計畫未來可能的發展軌跡，直到2030年代或2040年代起，載人太空任務能夠探索地月系統以外的目標。
(E) 位於奧伯普法芬霍芬的德國航空航天中心（DLR）國家太空運作中心（GSOC）內部景象
圖中，我們來自德國航太運作中心（GSOC）的團隊正在左側的顯示器上監控美國太空總署太空人珍妮特·埃普斯（Jeanette Epps）在國際太空站（ISS）執行2024年任務期間的情況。她正在操控德國航空航天中心（DLR）的機器人「羅林·賈斯汀」（Rollin' Justin）操作樣品管。控制中心的任務包括：對運作人員進行訓練；準備和執行任務模擬；監控和控制歐洲哥倫布實驗艙和國際太空站上的實驗設備的各項技術系統；負責國際太空站、地面站和使用者控制中心之間的通訊；接收、處理、分發和分析資料；以及製定太空站內外的運作計畫（任務規劃）。