嫦娥六号最有说服力的 AI 成果,没有出现在基准测试表里。它是一张略带噪点的照片,拍摄于 2024 年 6 月 3 日:灰色月壤铺在前景,背后是一片纯黑,着陆器与上升器组合体在强烈日光下泛着亮光。拍照的相机没有进入画面,因为它已经驶到一旁按下了快门。
这台相机是一辆名为 “金蟾”(Jinchan) 的漫游器。它重 4.5 千克,尺寸为 0.47 × 0.29 × 0.23 米,以小型附件的形态随嫦娥六号着陆器飞行。采样结束后,它分离并落到月球背面,找到航天器,选定拍摄位置与姿态,传回了上面这张第三视角照片。[1][3]
放在采样返回任务旁边,这项成果很朴素,它的价值也由此清楚起来。金蟾展示了一种卸去宏大舞台感的具身 AI:只有一项现实任务,质量与算力受到严格限制,模型权重在飞行前固定,最终产物可供任何人查验。它的智能之所以发挥作用,正在于任务范围足够窄,从感知一直到成品都能纳入完整的工程设计。
任务塑造了整套架构
金蟾的定位没有覆盖通用月球探测。它的核心任务写得很清楚:以方向不确定的姿态释放后仍能正常工作,驶过附近地形,从外部实拍正在工作的着陆器与上升器,再经着陆器转发图像。工程论文给出的指标包括:最高自主速度 每小时 300 米,越障高度至少 8 厘米,爬坡能力至少 15 度。[1]
这些数字对应的是一段以拍摄机位为目的的短行程。这样的区别塑造了整台机器。机身两面都装有相机,即使释放后另一面朝上,漫游器依然可以工作。[5] 差速驱动让转向机构保持简洁。着陆器上则装有配套的无线单元,漫游器与着陆器之间的链路因此属于相机系统的一部分,省去了一套独立的深空通信系统。[1]
自主能力的目标同样落在摄影上。普通轮式里程计会累积误差,完整的视觉里程计则会提高对相机、地形纹理和处理器的要求。金蟾选择着陆器本身作为视觉参照。一个学习模型识别航天器上已有的特征点,据此估计漫游器的相对位置和方位,定位过程也省去了专用主动标靶。行进路线由此只追随一个已知拍摄主体:持续寻找着陆器,移动以改善视角,画面达到要求后停下。[1]
这就是由任务塑形的 AI。机器人所要掌握的,是三个能够感知或操纵的事项之间的可靠关系:图像中的着陆器、正前方可以通行的地面,以及下一张照片的成像质量。全局月球地图与开放式世界模型都在任务范围之外。
三项学习型判断,各有分工
公开的工程资料把金蟾的学习型感知拆成了三项独立问题。
第一项是 相对导航,用于定位着陆器上的特征点。团队采用极端光照样本和经过风格转换的样本训练,让真实航天器处在月面光照下时,特征检测器仍能保持识别能力。[1]
第二项是 地形识别,用于补充几何感知。金蟾的相机距地面仅约 13 厘米,俯视角度约为 80 度。从这一视点看,一块小石头就能占据大部分近景,可用的地平线信息也几乎消失。分割网络采用 HRNet 作为多分辨率主干,并加入空洞空间金字塔池化(atrous spatial-pyramid pooling)和注意力模块,以扩大有效视野,在无规则地形中辨别危险物。[1]
第三项是 智能构图,判断照片本身的质量。微型漫游器的位置和姿态,会改变月面前景进入画面的比例、着陆器能否完整入镜,以及反光表面与黑色天空之间的关系。系统根据实际拍到的画面,为目标的位置、大小和倾斜程度评分;随后从六个移动方向中作出选择,再次拍摄并评分,最后从这套循环生成的照片中选出最佳一张。[1][4]
这些神经网络组件嵌在一套更大的控制系统中,端到端策略没有接管全部电机指令。这样的分工界线直接关系到系统能力的含义。学习型感知负责处理难以逐项列举的环境条件,传统控制、状态管理、通信和故障处置则把任务限制在既定范围内。配套的计算系统论文介绍了一台由商用现货(COTS)软硬件组成的紧凑型 AI 计算机;登月前,团队又用环境测试和可靠性措施加固整套设备。[2]
公开的资源规格十分克制:一颗型号未公开的四核 ARM 处理器,最高运行频率 1.5 GHz;4 GB LPDDR 内存;Ubuntu Linux;以及连接着陆器的 2.4 GHz Wi-Fi 链路。在论文报告的各类测试条件下,计算系统的功耗约为 2.5 至 4.2 瓦。论文有意没有披露处理器型号,因此,声称金蟾搭载了某一款手机芯片,已经超出已发表证据的范围。[2]
这里的设计取舍很有启发。商用组件能缩小计算设备,降低功耗,也能缩短开发周期,但它们缺少专用航天电子器件的同等抗辐射履历。金蟾的方案没有假定月面环境已经变得温和。团队把狭窄的工作负载,与多级看门狗、故障检测、重启及恢复逻辑和环境测试结合起来。重要的硬件结论应归于架构:某款具名消费级芯片“征服月球”的说法缺少依据;任务真正证明的是,一套小型 COTS 计算系统经过工程处理,达到了这次有限飞行实验所需的可靠性。[2]
月球没有进入训练集
金蟾着陆后可以针对新图像作出反应,模型权重却无法在月面更新或微调。训练全部在离线状态完成;运行时推理驱动“拍摄—评分—移动”的迭代循环,月面图像没有开启新一轮训练。[1] 真正有用的适应工作发生在发射前,落在训练环境的设计里。
这项工作远比用地面相机拍摄比例模型困难。在地球上,照片通常包含天空漫射光、大气散射、熟悉的背景,环境也会让阴影变柔。在月球上,主导光源近似平行的太阳光;天空纯黑;着陆器具有很强的反光性;月壤和背景的反射则弱得多。国家航天局的资料称,团队购买了不同灯具来复现这些条件,让构图系统学会辨认一张成功的月面照片应有的样子。资料还提到,漫游器在研发期间接受了 100 多次各类地面试验。[4]
工程论文还给出另一条线索:团队用风格转换和极端光照样本增强着陆器特征识别能力。[1] 两份资料合在一起,描述的是一个务实的仿真与数据增强问题。发射前无法从实际部署地点取得有代表性的样本,团队便以漫游器必须识别的特定目标为中心,调整可以调节的物理条件,包括光线方向、反差、地形和观察视点。
这些材料仍不足以证明模型能泛化到陌生航天器、另一处着陆点或长距离科学探测,却足以表明,只要任务范围保持固定,训练数据设计就能取得实效。目标已经确定,预期地形范围经过排演,输出判据清楚可验。随后,漫游器在真正重要的环境里完成了这份任务约定。
自主运行期间,地面控制始终在场
月球背面无法与地球直接通信,因此嫦娥六号依赖鹊桥二号中继卫星。[7] 这也凸显了在本地完成感知与修正的价值:若机器人每做一次小幅修正都等待地面指令,时间就会消耗在层层链路和操作人员的响应上。
把金蟾写成取代地面任务控制的故事,会夸大这次演示。嫦娥六号会根据风险种类采用不同程度的自主能力。着陆期间,探测器先用可见光图像识别相对安全的区域,在约 100 米 高度悬停,随后用激光三维扫描选定最终着陆点。[6] 采样环节的任务计划要求,地面专家复现观测到的地形并验证作业方案,探测器则执行成组动作,再用机载传感器核查结果。[6] 任务结束后的访谈把人的权限写得很具体:钻进超过 1 米后,阻力迹象指向岩石,地球上的专家决定停止钻进。[5] 金蟾的摄影出动,则是另一套小得多的回路。
这些安排遵循同一原则:选择性授权。快速的本地感知与修正靠近硬件完成;任务目标、后果重大的决策和应急处置权留在经过工程设计的人机系统中。若把每个回路都称作“AI”,具体成就反而会失焦。着陆流程、采样作业和摄影漫游器采用了不同的传感器、算法及后备逻辑,因为每个环节的失败都意味着不同的后果。
照片给出任务结果,基准测试仍然空缺
开发团队的工程资料记录了每一步内部过程:地形感知、相对定位、移动、构图和传输。传回的图像则以独立证据让整套系统的结果变得具体:一台 4.5 千克的机器经受住飞行与释放,并在 6 月 3 日完成了指定的摄影任务。行星学会的任务概述确认,这张照片出自该微型漫游器,并将它置于人类首次成功从月球背面采样返回的任务历程中。[7]
公开材料仍然缺少另一组同样重要的信息。相关资料没有发布月面测试集、特征定位误差分布、地形分割混淆矩阵、单次推理能耗、淘汰帧数,也没有给出与完全脚本化相机移动方案的对照。一张成功图像证明了端到端任务的完成,却无法衡量开放环境下的导航可靠性或通用视觉智能。
任务本身没有因此打折,证据的适用范围本就应当如此。飞行演示回答的是“这套集成系统在这里完成了设计任务吗?”基准测试回答的则是“在一个定义明确的分布上,与其他方案相比,某个组件表现如何?”金蟾鲜明地给出了第一个答案,第二个问题的大部分数据仍未公开。
对中国 AI 的发展而言,金蟾留下的长期信号,远没有“月球基础模型”那样宏大,却比宣传口径里的“自拍”更有分量。学习型视觉得以进入真实航天器,因为团队限制了它的权限,依据环境设计数据,并在模型周围保留传统工程系统。最终飞上月球的是一套受明确限制的智能,限制条件精确到了足以执行飞行任务的程度。
来源
- Xing Yan 等,《The Technology of Autonomous Intelligent Miniature Robot and its Application on Lunar Surface》,Aerospace Control and Application 50(6),2024 年——介绍金蟾的任务、尺寸、机动能力范围,以及学习型感知、导航与构图架构。
- Gong Jian 等,《COTS Components Based Artificial Intelligence Computation System for the Microminiaturized Lunar Autonomous and Intelligent Rover》,Aerospace Control and Application 50(6),2024 年——介绍机载计算架构、环境鉴定与可靠性设计。
- 中国国家航天局,《专属机器人“摄影师”,拍下嫦娥六号月背“证件照”》,2024 年 6 月 6 日——说明官方图像来源,以及漫游器的分离、移动、角度选择与传输过程。
- 中国国家航天局,《月背上的“小小摄影师”》,2024 年 8 月 8 日——介绍神经网络的使用、月面光照训练、有限算力与地面试验。
- 中国国家航天局,《嫦娥六号总设计师胡浩:探月工程是一项复杂的系统工程》,2024 年 7 月 2 日——介绍双面相机布局、漫游器独立运行、地面控制能力,以及由人作出的停止钻进决定。
- 中国国家航天局,《China's Chang'e-6 lands on moon's far side to collect samples》,2024 年 6 月 2 日——介绍着陆传感器、自主避障、中继支持与计划中的地面仿真作业流程。
- 行星学会,《Chang'e-6: Collecting the first lunar farside samples》——独立梳理任务时间线、月球背面通信条件,并确认微型漫游器的身份。