NASA航天器通常依靠人为控制的无线电系统与地球进行通信。随着空间数据收集的增加，NASA着眼于认知无线电，将人工智能注入空间通信网络，以满足需求并提高效率。

“现代空间通信系统使用复杂的软件来支持科学和探索任务，”美国宇航局 位于俄亥俄州克利夫兰市的格伦研究中心认知通信项目的首席研究员Janette C. Briones说 。“通过应用人工智能和机器学习，卫星可以无缝地控制这些系统，无需等待指令即可做出实时决策。

要了解认知无线电，最简单的方法是从基于地面的应用开始。在美国，联邦通信委员会(FCC)将用于通信的部分电磁频谱分配给各种用户。例如，FCC将频谱分配给小区服务，卫星无线电，蓝牙，Wi-Fi等。想象一下，频谱划分为连接到水管的有限数量的抽头。

什么时候没有留下水龙头?当采取所有分接头时，设备如何访问电磁频谱?

像认知无线电那样的软件定义无线电使用人工智能来使用电磁频谱的未充分利用部分而无需人为干预。这些“白色空间”目前尚未使用，但已获得许可，属于频谱范围。FCC允许认知无线电在其主要用户未使用时使用该频率，直到用户再次变为活动状态。

就我们的隐喻式水坑而言，认知无线电吸收了本来会被浪费的水。认知无线电可以使用许多“水龙头”，无论“水龙头”的频率如何。当许可设备停止使用其频率时，认知无线电从该客户的“水龙头”中抽取，直到主要用户再次需要它。认知无线电从一个白色空间切换到另一个空白区域，使用电磁龙头。

“最近认知技术的发展是通信系统架构的新推动力，”Briones说。“我们设想这些技术将使我们的通信网络更有效，更具弹性，可用于探索太空深处的任务。通过将人工智能和认知无线电集成到我们的网络中，我们将提高空间通信系统的效率，自主性和可靠性。“

对于NASA来说，空间环境带来了认知无线电可以减轻的独特挑战。太空天气，太阳和其他天体发出的电磁辐射，充斥着可能会中断某些频率的噪音。

格伦研究中心正在尝试创建能够识别和适应太空天气的认知无线电应用，”格伦的NASA认知引擎开发主管Rigoberto Roche说。“它们会在干扰范围之外传输，或者使用机器学习消除范围内的失真。”

在未来，NASA认知无线电甚至可以学会暂时关闭自己，以减轻严重的太空天气事件中的辐射损害。自适应无线电软件可以规避空间天气的有害影响，增加科学和勘探数据的回报。

认知无线电网络还可以建议到地面的备用数据路径。这些过程可以同时通过多条路径对数据进行优先级排序和路由，以避免干扰。认知无线电的人工智能还可以提前几小时分配地面站下行链路，而不是几周，从而提高调度效率。

另外，认知无线电可以通过减少对人为干预的需要来使通信网络操作更有效。智能无线电可以在没有人工帮助的情况下适应新的电磁场景，并预测不同环境的常见操作设置，自动化以前由人类处理的耗时过程。

国际空间站上的空间通信和导航(SCaN)测试平台为工程师和研究人员提供了在太空环境中测试认知无线电的工具。除了可以从地面或其他航天器配置的各种天线和设备之外，测试台还包含三个软件定义的无线电。

“测试床使我们对轨道环境保持诚实，”格伦SCaN测试平台和认知通信项目经理Dave Chelmins说。“虽然它可以在地面上进行模拟，但存在对空间不可预测的因素。测试平台提供了这种环境，这种环境需要像认知无线电这样的技术进步的弹性。“

Chelmins，Rioche和Briones只是众多NASA工程师中的一小部分，他们将认知无线电技术应用于太空。与大多数地面技术一样，由于轨道力学，电磁环境以及与传统仪器的相互作用，认知技术在太空中实施起来可能更具挑战性。尽管存在这些挑战，将机器学习集成到现有的空间通信基础设施中将提高这些系统的效率，自主性和可靠性。

华盛顿NASA总部的SCaN计划办公室为通信基础设施和发展提供战略和计划监督。其研究为从航天器到地面的连通性提供了重要的改进。