区块链如何保护宇航员在太空漫游时免受宇宙碎片的撞击？

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外汇天眼APP讯：一个新的宇宙时代已经到来，我们正在见证新事物的出现和太空任务先进技术的发展。这种技术进步的爆炸式增长对空间研究、旅行和探索里程碑的进展和效率产生了深远的影响。

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政府和国际空间站一直在与私营公司和研究机构合作。由于高成本和技术复杂性，空间部门的发展是协作和多方利益相关者。我之所以知道第一手资料，是因为 2017 年我在 Astra Rocket Company 担任全球传播经理，我的工作重点是开发用于太空运输的先进等离子电力推进技术。

我从小就对宇宙着迷。太空预示着冒险，它向我们展示了文明社会发展中需要解决的一些复杂挑战。当前全球空间生态系统正在逐步发展，空间网络安全的传统模式是保护与国家安全相关的敏感信息，加强集中计算服务器和基于云的架构。随着基于点对点 (P2P) 的基础设施的广泛使用，人们正在寻找避免错误的方法。最近我正在研究区块链的发展，用于政府和私营部门的空间合作。

六周时间，我与来自世界各地的区块链爱好者、学生和专家一起参加了第一期区块链见习班，并一起参加了企业区块链基础课程。整个课程先后由区块链中心金融科技学院、Gregory LaBlanc教授组织。

在我的研究中，我了解到区块链作为一项令人兴奋的新兴太空技术区块链怎么理解，与其他技术相差不远。区块链是一种去中心化账本技术，它提供所有权记录并将数据传输到单一共享的事实来源，而不是集中式账本。

具体来说，数据块使用作为加密算法的哈希在链上排序，允许跟踪数据并提供交易证明。如果链上的数据被篡改，计算机节点可以快速检测到数据的不一致并拒绝交易以达成网络共识。

国家和私人研究机构正在合作探索太空中的区块链架构，尤其是卫星。SpaceChain 区块链公司提议通过众筹开发开源元卫星。区块链公司Blockchain提议使用人造卫星发布有关比特币区块链的信息，从而减少比特币对互联网的依赖。ConsensySpace 发布了 TruSat，这是一个基于区块链的数据库，用于监控人造卫星位置的变化。

问题背景

区块链技术应用的一个特殊例子是空间碎片。在轨人造物体的爆炸、碰撞或破裂都可能导致空间碎片的出现。根据大小和大小，太空中的高速碎片会造成巨大的破坏。空间碎片还可能使卫星脱离轨道，影响国际空间站等基础设施，并可能伤害太空行走的宇航员。

截至 2020 年 2 月，欧洲航天局报告了 34,000 个直径大于 10 厘米的物体绕地球运行，以及 500 多个低地球轨道的解体、爆炸和碰撞。近地轨道距离地面约 2,000 公里（通常基于 NASA 的位置）。近地轨道有大量碎片堆积，重力也在地球重力范围内。

地球同步轨道距地球赤道上方约 35,786 公里。随着通信和气象卫星数量的不断增加，与地球自转方向和周期一致的地球同步轨道越来越受到关注。地球同步轨道空间碎片造成的危害是不可预测的。只有部分已成功发射的卫星仍在太空中正常运行。为了加快网络速度，越来越多的人造卫星被发射到太空。私人机构计划发射由数万颗卫星组成的星座，包括 SpaceX 的 Startlink 网络卫星、亚马逊的 Project Kuiper 卫星和 OneWeb 卫星。

问题是我们如何使用新兴技术来管理卫星和空间碎片聚集的地球轨道上的数据。从长远来看，这很难实现。轨道上的致密物体可能会产生毁灭性的后果，尤其重要的是，太空中的碎片有积累的风险。大多数研究机构和相关利益相关者相互独立地协作和管理空间碎片，包括但不限于美国宇航局、美国国防部空间碎片计划、欧洲航天局和机构空间碎片协调委员会（IADC）等。

示例 1：NASA 和研究人员的研究

NASA 将 2018 年三年早期职业教师奖授予俄亥俄州阿克伦大学的一位教授。据新闻报道，该奖项授予美国宇航局格伦研究中心基金，该基金专注于太空区块链项目的研究。

研究计划开发一种基于以太坊的架构，并将其应用于认知计算、物联网和自主航天器上的机器学习等先进技术。自主航天器可以探测、识别和避开空间碎片，并在外层空间环境中自主执行任务。外层空间超出了近地轨道，位于太阳和月球之间。

作为政府机构，NASA 向公众分享了整个过程的开发细节以及当前任务的状态。有关整个研究的有趣更新将在一些技术期刊上提供。Wei Kocsis 和其他研究人员，包括 NASA 的全体工作人员，也在发表的一篇技术论文中解释了这一点。

“开发有效的数据驱动方法仍然是当前的挑战，因为处理数据需要大量数据和足够的计算能力。为了应对这一挑战，需要一个分散的、安全的和保护隐私的编程范式跨越众多分散的异步协作计算过程，这些过程在不受信任的计算节点中实现，可能会限制计算能力和计算智能。这种编程范式专为区块链、去中心化学习、同态加密和软件定义网络技术的开发而设计。"

现任普渡大学教授 Wei Kocsis 在 2019 年 Converge2Xcelerate 会议上分享了一些值得讨论的见解。Wei Kocsis 强调了基于集中式云系统的外层空间计算能力和机器智能的局限性。距离、碎片或辐射干扰可能对航天器造成毁灭性影响，导致数据、通信和判断延迟。

“如果外层空间出现紧急情况，来不及立即报告问题，也可能引发紧急情况，”魏科西斯解释道。

美国宇航局的文件证实了有关紧急情况的观点。该文件引用了空间碎片对国际空间站宇航员的影响，美国宇航局工程学院和工程专业的苹果公司在其中写道：

“有时对战略的整体评估和执行没有足够的预警。例如，2019 年，国际空间站出现了碰撞危险红色预警，这意味着碰撞的风险大于万分之一。因为没有足够的时间来执行避碰令，如果国际空间站被碎片击中，航天员会进入苏宇号飞船避险，让航天员活下来。”

Wei Kocsis 在会议上讨论：“基于云和集中计算架构的有限燃料和存储内存是维持外层空间太空任务的关键挑战。多个组织、机构和相关利益相关者之间的信任也一直存在挑战。”

“太空中的航天器不仅归美国宇航局所有，也归其他国家所有。这也意味着会有恶意竞争，我的意思是，可以信任的组织会减少。”

从这个意义上说，信任问题仍然是一个需要解决的问题。复杂的去中心化区块链分类账可以解决其他级别的应用程序的问题，例如智能合约。

智能合约是一种电子交易，是在以太坊等区块链网络上的程序化执行。如果满足必要条件，则保证交易过程的执行和执行。Wei Kocsis 和研究员 Praveen Fernsndo 扩展了他们在智能合约方面的工作。

“在我们计划的网络场景中，我们通过以太坊的智能合约确保自动化和安全。”

两位研究人员都声称已经为这些技术提交了临时专利申请。区块链网络上存在共同的数据来源，因此多方建立的内部激励机制会提前运行这些自动执行的智能合约。这些可计算的合约将针对特定目的进行编程。目前，没有单一的可信数据来源。独立卫星和空间碎片的混合数据反映了繁琐的技术和政策问题。

作为我研究的一部分，我从合同法的角度审视了智能合约的惊人而深刻的细节。在与 ExMachina 的合同中，Kevin Werbach 和 Nicolas Cornell 教授解释说：

“智能合约与其他电子协议的主要区别在于执行问题。一旦计算机感觉到必要的条件得到满足，面向数据或可计算的合同就会自动执行。从电子合同到面向数据和可计算合同的演变反映了机器自动化的趋势。当计算机能够快速取代人类谈判、形成、执行和实施合同的功能时，在机器的一致许可下，合同可以快速运行。目前软件密码执行之前的步骤已经简化，在某些情况下，放下智能合约只是改变了问题，而不是消除了它。在许多合作方看来，即使智能合约按设计执行，结果也可能达不到标准。或者考虑到经济效率，它不会达标，因为它已经被Fixed了。例如，不执行可能是最理想的结果，而效率问题一直在提高。”

机器自动化程度的提高确实可以管理和解决空间碎片问题。空间碎片的管理可能是自动化的，而不是机构和内部网络。但是，从合同法的角度来看未来的场景应用可能会导致许多复杂的问题。例如，如何处理编码中的错误。

Werbach 和 Cornell 写道：“即使区块链的共识操作系统是可靠的，智能合约应用程序的运行也可能……”

在自动化机器的管理中为不同目的编程的强制性智能合约也可能导致所涉及的用途出现问题。过度依赖自主航天器也可能失控。

在 2019 年的 Converge2Xcelerate 大会上，Wei Kocsis 谈到了原型硬件的开发。

原型硬件使用基于区块链的协议开发 Sputnik。工作量证明用于 NASA 研究工作的检测阶段。工作量证明与共识算法协议的类型有关，必须到达协调交易的节点。Wei Korcsis 建议，在许可区块链上的协议授权证书上，共识需要得到授权人的批准才能使交易生效，也可以重新考虑交易。授权公有链和私有链之间存在重要区别。公链和无许可区块链是不同的，比如比特币和以太坊，公链和授权区块链是使用公共数据进行验证的。只有经过验证的用户才能在区块链上写入和控制数据。

示例 2：区块链陆军公司

咨询公司 Blockchain Army 总部位于伊斯坦布尔和鹿特丹，其研究重点是使用区块链技术解决空间碎片问题。在他们的官方网站上，Blockchain Army 计划单独采用基于区块链的分片管理平台。在平台上，机构以公开透明的方式对碎片进行分类和上架。区块链架构上的空间碎片数字化将减少协调数据和利益相关者之间沟通所需的时间。对空间碎片数据的访问将由授权的公共链控制。该架构将保护经过验证的用户信息中的国家利益内容，并保持公共数据的开放性以确保实时跟踪。

像 Wei Kocsis 和其他研究人员一样，Blockchain Army 计划使用智能合约。这些智能合约将自动执行并通知合作伙伴运行该流程的风险。据估计，清除所有太空碎片将花费高达 27 亿美元。这个数字与该领域市场上其他研究的估计成本相差不大。

未来已经到来

将区块链架构用于空间碎片是解决老问题的新途径。几十年来，行业专家一直在提醒我们需要优先考虑这种方法。专家研究和解决方案以及咨询公司都具有相同的两个主要原则。

第一个原则与自我执行的智能合约有关，旨在减少延迟和摩擦。将多方信任问题转化为基于技术栈的自动化架构来解决。

第二个原则与大数据对所有利益相关者的完整性和透明度有关。在区块链公司中区块链怎么理解，空间碎片的数据完善越来越受到关注。由 Aratos Group、Blockchain 2050 BV、LTO Network 和英国公司 SpaceChain 组成的 Space Junk Management Initiative 最近计划使用区块链技术来识别和管理碎片。

还有其他重要的研究和探索，包括 NASA 的人类航空飞行自动化航天器和 2019 年 NASA 空间交通管理区块链白皮书。欧洲航天局的区块链白皮书采取保守的方法，寻找观察地球的方法。

关键要点

核对大量空间碎片的数据是当务之急。区块链技术的一些基本属性适用于上述用例。航空公司和机构的区块链技术堆栈使网络更换变得可行。区块链堆栈的多样性包括平台层的共识、算法、协议、规则和加密，应用层的智能合约，以及不同层次的节点。用户（验证者）可以为太空任务、探索、验证和清除碎片做出贡献。

随着区块链技术的不断成熟，公共和私人财团将更加关注区块链在太空中的发展，这将继续引领我们走向未来。Wei Korcsis 已经在 Conv2x 2019 上给了我们很多宝贵的建议。

“在我看来，计算的未来将是一种协作关系，人们需要保持对他们数据的所有权，并使他们的数据和计算智能变得有价值。计算的未来不仅仅是在 NASA 之外。太空研究。”