在智能云控制與決策這一中樞大腦控制下，搭載無人機和貨物的無人駕駛汽車編隊依靠衛(wèi)星導航從車庫出發(fā)，并在途中接科研專家駛向目標地。然后，無人機編隊載物從無人車起飛精準穿越圖書館樓間空隙，抗強風干擾將貨物投至湖面編隊自主無人船，無人船把貨物安全運達目的地，完成“天空地海（水）”一體化智能調度，滿足未來智慧交通、港口物流、無人化巡檢、災害救援等行業(yè)需求?！眨本├砉ご髮W講席教授、中原工學院校長夏元清獲得2024年度吳文俊人工智能科學技術獎自然科學獎一等獎。在接受《中國科學報》采訪時，他給記者看了這個由他一手策劃的“天空地海（水）一體化”大片，而他的目標和夢想就是將這個“大片”變?yōu)楝F(xiàn)實。
夏元清此次獲獎的項目是“空間飛行器變結構控制與智能協(xié)同理論”。他告訴記者，他在北京航空航天大學攻讀博士學位時就開始從事變結構控制研究。當時，著名自動控制專家、中國科學院院士高為炳等學者已經在變結構控制理論、大系統(tǒng)控制理論、機器人控制等方面積累多年。而今，他帶著他的博士生們繼續(xù)深耕這一領域。
空間飛行器是執(zhí)行探索、開發(fā)、利用太空和天體等特定航天任務的載體，例如火星探測器、遙感衛(wèi)星等。而姿態(tài)控制是確保航天任務順利實施的關鍵核心技術，例如2024年神舟十九號載人飛船自主快速調整姿態(tài)與空間站成功對接。姿態(tài)控制系統(tǒng)的智能化水平提升，可極大增強空間飛行器在軌自主控制能力。夏元清告訴記者，空間飛行器系統(tǒng)結構變化的不確定性影響到它的魯棒性和精確性，只有找到好的控制方法才能提升其抗干擾性和精確度等。因此，這一項目瞄準空間飛行器姿態(tài)控制存在的空間飛行器系統(tǒng)結構變化導致系統(tǒng)魯棒性差、多源外部干擾使得系統(tǒng)抗擾性低、復雜拓撲結構導致系統(tǒng)協(xié)同性弱三個關鍵理論挑戰(zhàn)，通過多年研究，實現(xiàn)了空間飛行器系統(tǒng)在極端條件下的強魯棒性和快速性，提高了復雜環(huán)境下空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的快速性、精確性和抗擾能力，提升了多空間飛行器系統(tǒng)的智能協(xié)同和對環(huán)境的自主適應能力。
該項目成果不僅發(fā)表在IEEE Transactionson Automatic Control等自動控制領域權威期刊上，獲得了業(yè)內同行的認可，還獲得了實際的應用。據(jù)了解，該成果應用于某重大航天裝備系統(tǒng)，攻克了該系統(tǒng)優(yōu)化控制設計難題，實現(xiàn)了高性能控制；應用于“夸父一號”太陽觀測衛(wèi)星，實現(xiàn)了對日高精度指向，突破了衛(wèi)星姿態(tài)系統(tǒng)精確實時估計和主動補償難題；應用于我國首款柔性太陽翼衛(wèi)星，保障了該型號波束精確調整，提高了復雜環(huán)境下衛(wèi)星系統(tǒng)抗擾和高性能控制能力；應用于某微波遙感衛(wèi)星，解決了多轉動載荷擾動條件下姿態(tài)控制問題，為下一代遙感衛(wèi)星姿態(tài)控制設計奠定了堅實理論基礎。
人工智能的發(fā)展改變了很多領域的走向，對于空間飛行器變結構控制研究又將帶來哪些改變？“我們每周的組會都在討論人工智能的應用。人工智能確實已使很多領域發(fā)生了脫胎換骨似的變化，也將給變結構控制帶來發(fā)展的契機?！毕脑甯嬖V記者，隨著空間飛行器系統(tǒng)越來越復雜，其中廣泛存在著內部不確定性多樣和外部環(huán)境干擾未知等問題。這些因素導致所設計的控制器應對不確定性時能力有限，缺少泛化學習能力，因此必須尋求新的方法。而人工智能就為問題的解決帶來了很好的助力，例如可以幫助將復雜的巨型星座編隊控制得更好。
不過，他也坦言，目前主流的通用大模型概率性決策難以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性，不能在控制領域形成閉環(huán)，因此需要訓練出性能可靠的垂直大模型，讓不確定性變得確定。而這仍需要自動控制專家和數(shù)學家、計算機學者們一起努力。
談及此次獲獎后的打算，夏元清表示，隨著變結構控制理論的應用場景越來越復雜，根據(jù)新的場景、新的問題，研究的內容也會不斷變化、不斷發(fā)展。例如，三星高精度編隊實現(xiàn)空間引力波的探測、空間機器人系統(tǒng)精準感知并捕獲太空碎片等。他未來的夢想是實現(xiàn)“天空地海（水）一體化”，讓科幻大片變?yōu)楝F(xiàn)實。
作為一名高校教育工作者，結合自身的成長經歷和科研經歷，他也為青年科研工作者的發(fā)展提出一些建議：一是要了解國家的重大戰(zhàn)略需求，結合自身的專業(yè)方向，從中找到自己的位置和努力方向，并認真鉆研；二是要對科學和技術抱有好奇心，因為有好奇心才有敏感性，才能找到不懈前進的動力。
