在智能云控制与决策这一中枢大脑控制下，搭载无人机和货物的无人驾驶汽车编队依靠卫星导航从车库出发，并在途中接科研专家驶向目标地。然后，无人机编队载物从无人车起飞精准穿越图书馆楼间空隙，抗强风干扰将货物投至湖面编队自主无人船，无人船把货物安全运达目的地，完成“天空地海（水）”一体化智能调度，满足未来智慧交通、港口物流、无人化巡检、灾害救援等行业需求。……近日，北京理工大学讲席教授、中原工学院校长夏元清获得2024年度吴文俊人工智能科学技术奖自然科学奖一等奖。在接受《中国科学报》采访时，他给记者看了这个由他一手策划的“天空地海（水）一体化”大片，而他的目标和梦想就是将这个“大片”变为现实。
夏元清此次获奖的项目是“空间飞行器变结构控制与智能协同理论”。他告诉记者，他在北京航空航天大学攻读博士学位时就开始从事变结构控制研究。当时，著名自动控制专家、中国科学院院士高为炳等学者已经在变结构控制理论、大系统控制理论、机器人控制等方面积累多年。而今，他带着他的博士生们继续深耕这一领域。
空间飞行器是执行探索、开发、利用太空和天体等特定航天任务的载体，例如火星探测器、遥感卫星等。而姿态控制是确保航天任务顺利实施的关键核心技术，例如2024年神舟十九号载人飞船自主快速调整姿态与空间站成功对接。姿态控制系统的智能化水平提升，可极大增强空间飞行器在轨自主控制能力。夏元清告诉记者，空间飞行器系统结构变化的不确定性影响到它的鲁棒性和精确性，只有找到好的控制方法才能提升其抗干扰性和精确度等。因此，这一项目瞄准空间飞行器姿态控制存在的空间飞行器系统结构变化导致系统鲁棒性差、多源外部干扰使得系统抗扰性低、复杂拓扑结构导致系统协同性弱三个关键理论挑战，通过多年研究，实现了空间飞行器系统在极端条件下的强鲁棒性和快速性，提高了复杂环境下空间飞行器姿态控制系统的快速性、精确性和抗扰能力，提升了多空间飞行器系统的智能协同和对环境的自主适应能力。
该项目成果不仅发表在IEEE Transactionson Automatic Control等自动控制领域权威期刊上，获得了业内同行的认可，还获得了实际的应用。据了解，该成果应用于某重大航天装备系统，攻克了该系统优化控制设计难题，实现了高性能控制；应用于“夸父一号”太阳观测卫星，实现了对日高精度指向，突破了卫星姿态系统精确实时估计和主动补偿难题；应用于我国首款柔性太阳翼卫星，保障了该型号波束精确调整，提高了复杂环境下卫星系统抗扰和高性能控制能力；应用于某微波遥感卫星，解决了多转动载荷扰动条件下姿态控制问题，为下一代遥感卫星姿态控制设计奠定了坚实理论基础。
人工智能的发展改变了很多领域的走向，对于空间飞行器变结构控制研究又将带来哪些改变？“我们每周的组会都在讨论人工智能的应用。人工智能确实已使很多领域发生了脱胎换骨似的变化，也将给变结构控制带来发展的契机。”夏元清告诉记者，随着空间飞行器系统越来越复杂，其中广泛存在着内部不确定性多样和外部环境干扰未知等问题。这些因素导致所设计的控制器应对不确定性时能力有限，缺少泛化学习能力，因此必须寻求新的方法。而人工智能就为问题的解决带来了很好的助力，例如可以帮助将复杂的巨型星座编队控制得更好。
不过，他也坦言，目前主流的通用大模型概率性决策难以保证控制系统的稳定性和收敛性，不能在控制领域形成闭环，因此需要训练出性能可靠的垂直大模型，让不确定性变得确定。而这仍需要自动控制专家和数学家、计算机学者们一起努力。
谈及此次获奖后的打算，夏元清表示，随着变结构控制理论的应用场景越来越复杂，根据新的场景、新的问题，研究的内容也会不断变化、不断发展。例如，三星高精度编队实现空间引力波的探测、空间机器人系统精准感知并捕获太空碎片等。他未来的梦想是实现“天空地海（水）一体化”，让科幻大片变为现实。
作为一名高校教育工作者，结合自身的成长经历和科研经历，他也为青年科研工作者的发展提出一些建议：一是要了解国家的重大战略需求，结合自身的专业方向，从中找到自己的位置和努力方向，并认真钻研；二是要对科学和技术抱有好奇心，因为有好奇心才有敏感性，才能找到不懈前进的动力。
